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《电子科技大学》 2006年
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基于Bayer彩色滤波阵列插值算法的研究

刘方  
【摘要】: 为了降低数字相机的成本与体积,生产厂家通常会采用单片CCD或CMOS图像传感器,并在其表面覆盖一层彩色滤波阵列,也称为CFA,CFA使每个像素只能获得物理三基色(红、绿、蓝)其中一种分量。其中,Bayer CFA应用最为广泛。为了获得全彩色图像,必须依靠插值获得丢失的两个颜色信息,这个过程通常被称为彩色插值,或是demosaicing(去马赛克)。现有的文献中也描述了大量有价值的demosaicing算法,包括简单的线性插值法到相对成熟的自适应插值法,尽管后一种方法的性能表现更出众,但往往计算复杂,硬件实现的难度较大。 本文首先回顾了部分典型的插值算法,并结合对部分典型图片的测试结果,分析了各种方法的优势与不足之处。然后本文先提出了一种改进的硬件可实现的Bayer彩色滤波阵列的插值方案,该算法主要引入了方向标志位的概念以及平滑的边界仲裁法则来检测边界,从而选择合适的方向进行插值。该方法简单易行,并适用于实时处理的高速数字相机系统,但插值效果的改进稍嫌不足。鉴于此,本文接着提出了一种基于三次样条函数在相关方向进行插值以及利用梯度的三角函数关系来计算相关性加权系数的混合型插值方案,并结合了考虑不同颜色通道间的相关耦合关系。经测试算法具有良好的性能。 为了评估算法质量,本文采用了三类评估手段:一是分别计算原始图像与重构图像在平滑区域与边界区域的峰值信噪比与CIELAB颜色空间的欧氏距离来分析重构图像的保真度;二是利用数学手段对重构图像的一类主要失真现象——zipper效应进行定量评估;三是对硬件实现的成本与实际可行性进行了分析。并针对部分典型的测试图片,以及部分代表性算法,给出了相关视觉比较与数据比较的结果。实验证明,算法可行且具有不错的质量。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN713

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 蒲杰;李振中;屈刚;;基于bayer型阵列的空间域插值算法分析及改进[J];广东通信技术;2011年07期
2 马华平;唐遵烈;刘爽;曾璞;陈伟;魏广路;李明;王颖;;一种适合数字相机实时处理的插值算法[J];半导体光电;2013年01期
3 郝亮;邓希宁;刘斌;王金波;;RGB格式彩色图像重建算法的研究[J];激光与红外;2013年02期
4 陈锦伟;冯华君;徐之海;;CCD彩色插值的MTF退化研究[J];浙江大学学报(工学版);2011年11期
5 王渊博;胡永辉;高伟;杨建峰;;基于FPGA的Bayer格式彩色图像恢复系统研究[J];微电子学与计算机;2013年10期
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 贾志科,崔慧娟,唐昆;彩色数字照相机的设计[J];电视技术;2000年11期
2 李奇,徐之海,冯华君;面向数字相机的CCD像素颜色插值新算法研究[J];光电工程;2002年03期
3 李奇,冯华君,徐之海;一种基于绿色分量的CCD颜色插值算法[J];光电子·激光;2001年08期
4 李奇,徐之海,冯华君;用于数字相机的CCD颜色插值算法研究[J];激光与红外;2002年05期
5 吴心然,赵群飞,山元康裕;基于小波的Bayer颜色滤波阵列上的插值[J];计算机工程与应用;2005年26期
6 刘晓松,杨新,文俊,汪进;一种用于数字图象传感器的彩色插值算法[J];中国图象图形学报;2003年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王成林;唐正宁;高松;;基于Am/Fm半色调的混合加网算法研究[J];包装工程;2008年03期
2 邱香香;顾一禾;;不依赖参考图像的插值质量评估方法[J];电脑知识与技术;2011年24期
3 李春明,姜威,高超,张英和;CMOS图像传感器芯片OV9620/OV9120及其应用[J];电视技术;2003年12期
4 曾伟民;黄春晖;陈炳来;;基于FPGA实时处理的色彩插值算法[J];电视技术;2010年S1期
5 马勇;阴家龙;林咏海;杨国柱;;液晶显示器阶调复现特性校正与优化研究[J];电视技术;2011年09期
6 张彦平;李建朝;黎蔚;张家鹏;;基于HSI空间的彩色图像水印技术[J];计算机安全;2008年08期
7 赵星梅;刘建伟;李孝强;;数字相机色差空间双线性插值算法的实现[J];电子科技;2009年04期
8 杨怀省;刘卫东;赵艳华;;基于DSP平台的AVS自适应环路滤波的研究与实现[J];电子器件;2008年03期
9 王杰;李洪兴;王加银;苗志宏;;一种图像快速线性插值的实现方案与分析[J];电子学报;2009年07期
10 吴委员;张华君;;基于自适应共生矩阵选择的目标跟踪方法[J];福建电脑;2012年02期
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 熊平;CCD与CMOS图像传感器特点比较[J];半导体光电;2004年01期
2 王景存;徐国海;胡文江;;线阵CCD图象传感器的原理与应用[J];包头钢铁学院学报;1993年03期
3 刘亚侠,阮锦;长焦距航天遥感相机离焦对传递函数的影响[J];长春理工大学学报;2004年02期
4 黄美玲,张伯珩,边川平,李露瑶,达选福;相关双采样技术在航天相机中的应用研究[J];传感器技术;2005年08期
5 黄萍莉,岳军;图像传感器CCD技术[J];信息记录材料;2005年01期
6 李宏男,李东升;土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评[J];地震工程与工程振动;2002年03期
7 周德俭;SMT组装质量检测中的AOI技术与系统[J];电子工业专用设备;2002年02期
8 曹国斌;刘雪蛟;王花;;图像和机器视觉技术概述[J];电子工业专用设备;2008年08期
9 李相民,周立伟,金伟其;科学级致冷 CCD 相机的性能和技术[J];大连理工大学学报;1997年S2期
10 王林;杨克俭;;基于双线性插值的图像缩放算法[J];电脑编程技巧与维护;2008年10期
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 山东 鲍连科;[N];电子报;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 远国勤;丁亚林;惠守文;田海英;张景国;李延伟;;彩色大面阵航空测绘相机前向像移补偿分析及误差纠正[J];光学学报;2013年01期
2 王渊博;胡永辉;高伟;杨建峰;;基于FPGA的Bayer格式彩色图像恢复系统研究[J];微电子学与计算机;2013年10期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 ;CCD,CMOS图像传感器的特点和比较[J];电子产品世界;1998年08期
2 李奇,徐之海,冯华君;面向数字相机的CCD像素颜色插值新算法研究[J];光电工程;2002年03期
3 李奇,冯华君,徐之海;一种基于绿色分量的CCD颜色插值算法[J];光电子·激光;2001年08期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 官理;乔鹏;刘波;;基于Bayer图像的CDF9/7提升小波变换设计[J];微计算机信息;2008年24期
2 蒲杰;李振中;屈刚;;基于bayer型阵列的空间域插值算法分析及改进[J];广东通信技术;2011年07期
3 彭俊;高伟;;基于FPGA的Bayer图像彩色恢复快速算法研究及实现[J];科学技术与工程;2007年13期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
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2 陈春宁;田睿;王毅楠;;基于色差插值的BAYER格式图像色彩复原实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
3 陈亚春;吕国辉;;HDI生产工艺比较[A];经济策论(上)[C];2011年
4 Youha Hwang;Minsoo Lee;Seungho Ock;Heejin Hwang;Jongjin Ahn;Ohsung Kwon;Hyeong cheol Kim;Chunkyu Choi;;A Study on the Pressure Values of Contrast Media Injecting for the Prevention of Extravasations used Extravasation Detector[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年
5 常玉芝;;EDTA依赖血小板减少结果分析和纠正措施[A];中华医学会第九次全国检验医学学术会议暨中国医院协会临床检验管理专业委员会第六届全国临床检验实验室管理学术会议论文汇编[C];2011年
6 钟宬;慈雪婷;黄远辉;;彩色压缩编码成像系统实现[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前4条
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2 见习记者张彤薇;新型抗糖药阿卡波糖国内生产起步[N];中国技术市场报;2011年
3 实习记者 王玉东;巴西淘汰甲胺磷遇“坎儿”[N];农资导报;2011年
4 记者 葛荣根;金达威今起中小板招股[N];上海证券报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王成优;全相位双正交变换理论及其在图像编码中的应用研究[D];天津大学;2010年
2 周国瑞;小波与数字水印理论及应用研究[D];电子科技大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄喆;基于小波变换和边缘检测的Bayer图像压缩和彩色插值[D];天津大学;2010年
2 丁文;基于Bayer格式的去马赛克算法研究及硬件实现[D];浙江大学;2013年
3 华磊;基于Bayer格式数字图像传感器颜色插值及降噪的算法研究[D];浙江大学;2011年
4 王渊博;基于FPGA的Bayer格式实时彩色恢复系统研究[D];中国科学院研究生院(国家授时中心);2013年
5 马宇;面向建筑物检测的Bayer真彩色影像插值算法对比研究[D];首都师范大学;2013年
6 丁丽媛;基于稀疏表示的Bayer彩色滤波阵列插值算法研究[D];燕山大学;2011年
7 郭广玉;广州拜耳聚碳酸酯工厂设备维修可靠性分析[D];华南理工大学;2011年
8 张峰;数码相机中Bayer格式数字图像的降噪与颜色插值算法的研究[D];浙江大学;2012年
9 陈楚君;基于FPGA的Bayer图像彩色插值系统的设计与实现[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2010年
10 胡日辉;基于GPU的J2K解压缩技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
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