基于嵌入式的圖像超分辨率重建技術(shù)研究.pdf

1、隨著數(shù)字成像技術(shù)在衛(wèi)星遙感、生物醫(yī)療、公共安全等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對數(shù)字圖像質(zhì)量的要求也越來越高，現(xiàn)有成像設(shè)備的分辨率往往不能滿足實(shí)際需求。圖像超分辨率技術(shù)能夠在不改變現(xiàn)有成像設(shè)備的前提下，只采用合適的數(shù)字信號處理方法，即可提升圖像的分辨率，在成本上具有很大的優(yōu)勢，因此近年來受到了廣泛的關(guān)注。然而，大部分的超分辨率技術(shù)都需要借助計(jì)算機(jī)來完成，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，極大地限制了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。因此，將超分辨率技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)結(jié)合，研發(fā)小型

2、化、便攜式的圖像處理產(chǎn)品，具有重要的實(shí)用意義。
　　本文的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)超分辨率重建系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對圖像的脫機(jī)超分辨率處理。主要研究內(nèi)容包括圖像超分辨率處理系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計(jì)、超分辨率算法的選取與改進(jìn)、算法的硬件實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)優(yōu)化等。具體工作如下：
　　（1）設(shè)計(jì)了一種以ARM+FPGA為框架的嵌入式圖像處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以ARM為控制中心，以FPGA為數(shù)據(jù)處理中心，具有良好的系統(tǒng)管理能力和出色的數(shù)據(jù)并行處理能力，能滿足大部分圖像處理

3、算法對硬件的要求。
　?。?）分析了現(xiàn)有圖像超分辨率算法的優(yōu)缺點(diǎn)。在考慮硬件移植的基礎(chǔ)上，針對嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，選取了基于稀疏表示的超分辨率算法作為本系統(tǒng)的重建算法。
　?。?）研究嵌入式Linux移植的方法，介紹如何建立交叉編譯環(huán)境，并給出u-boot和Linux內(nèi)核裁剪與移植過程。
　?。?）深入探析基于稀疏表示的超分辨率算法的原理，對現(xiàn)有算法進(jìn)行了部分改進(jìn)，并采用聯(lián)合字典訓(xùn)練方式來訓(xùn)練高低分辨率字典對，提出了基于

4、分類的多字典重建算法、優(yōu)化了圖像特征的提取算子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些改進(jìn)能夠提高圖像的重建質(zhì)量、降低算法的運(yùn)行時(shí)間。
　?。?）根據(jù)系統(tǒng)軟硬件的特點(diǎn)，給出了算法的移植方案和移植過程，將能夠并行處理且運(yùn)算量較大的OMP算法移植到FPGA中，其余部分由ARM處理完成，在此基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)的優(yōu)化方案，包括算法的優(yōu)化，編譯的優(yōu)化和硬件系統(tǒng)的優(yōu)化。
　?。?）完成系統(tǒng)的整體調(diào)試，并利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像的超分辨率重建，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。