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【關鍵詞】 風機葉片涂料 微觀機理
近年來，我國的風電發展迅速，尤其是在國家保增長的政策的推動下，將新能源—風電的發展作為我國經濟可持續發展的發展大計，全國各地的風電事業發展迅速。風力發電機作為將風能轉化為電能的一種非常好的機械裝置，受到廣泛地應用。而保證風力發電機的一個非常重要的部位—風機葉片的良好狀況是一個十分重要的研究課題。眾所周知，風力發電機一般假設在多沙的西北地區或者是環境濕潤的易造成腐蝕的沿海地區或者直接就在海上，這些地區都是環境比較惡劣的地方，因而對風機葉片的要求比較高。目前，為了達到使風機葉片能夠滿足惡劣氣候條件的要求，一般采用的是在風機葉片的表面涂上一層涂層材料，而通常采用的涂層材料是纖維強化的環氧樹脂。
1 風機應用現狀
人類對風能的成熟的產業化開發和利用起始于上個世紀90年代初期，到目前已有二十余年的歷史。盡管目前全球風力發電廠裝機容量不到全球電力生產總裝機量的1%，但是最近10年來風力發電機組的裝機容量增長速度一直保持在25%以上，可知風能利用的發展勢頭是非常良好的。從全球范圍來看，風能的開發和利用已經從試驗階段轉向產業化階段。據有關報告預測，到2017年，全球在風電項目的投資將從2011年的770億美元增至1530億美元。這6年間，新裝機的累計投資額有望達到8200億美元，全球風電裝機總容量，包括陸上和海上項目，將從2011年的2.36億千瓦上升到5.63億千瓦。既然風能利用有如此美好的前景，那么我們當然有義務去研究將風能轉化為電能的機械裝置—風力發電機。
2 研究方向
前文說到我們有義務去研究風力發電機，而進行這方面研究的專家和學者有許多人，因此在這里我們僅就一個比較小的方面“風機葉片涂料失效的微觀機理”進行有關的討論。我們都知道，現在對風機葉片的保護措施主要是在其表面上進行涂層，盡管這樣可以提高葉片的性能，但是由于風機所處環境的惡劣，比如說酸的腐蝕，沙粒的磨損等都會使風機葉片上面的涂料受到損傷，下面我們就針對上述問題進行討論。
3 實驗研究
3.1 原理
由于涂層是涂在金屬的風機葉片上，而風機葉片在受到沙粒磨損和酸腐蝕時，亦或是風機葉片整體受到拉伸時，骨架和涂料的變形情況相同，僅是風機的涂料受到損傷，故而，我們可以暫且不考慮內在的金屬骨架，只去研究金屬骨架外部的涂層材料的狀況。
3.2 材料和試件
實驗材料為玻璃纖維強化環氧樹脂。環氧樹脂的拉伸模量為2.9GPa，拉伸強度為65.5MPa，拉伸斷裂應變為2.2%，密度為1.25g/。
試件為模壓成形的復合材料層合板，纖維鋪設角度為[+45°/-45°]。試件為矩形，尺寸為130mmx15mmx2.2mm。為了防止試件端部損傷，在試件的兩端粘接鋁片以保護試件。
3.3 循環加載實驗
循環加載實驗是指將試件加載到某一恒定的載荷，并在此載荷下讓試件承受不同次數的循環加載。因為風機葉片在風力的作用下會發生拉伸變形，這與將復合材料涂層進行拉伸的情況類似，故而可以將涂層材料進行單獨的拉伸實驗來研究其微觀損傷機理。本循環加載試驗是在INSTRON-5569電子材料萬能試驗機上完成的，加載的速度為10mm/min。機器的最高載荷值根據每組試件的靜態強度值確定，本實驗最高循環載荷取靜強度值的70%左右。我們的整個實驗過程在計算機的控制下自動完成的，試件拉伸過程中的載荷-位移曲線、應力-應變曲線可直接通過計算機保存或輸出。
3.4 酸腐蝕實驗
酸腐蝕實驗是指將試件放置在某一特定的酸性環境中，并在此環境中保持一定長度的時間，隨后觀察在某一設備上觀察試件的腐蝕損傷情況。由于有的風機是工作在沿海地區等腐蝕性比較大的環境中，故而也可以用酸溶液造成的酸性環境來近似模擬風機所處的腐蝕環境。
3.5 微觀損傷觀察
微觀損傷分析在日本S-570掃描電子顯微鏡上進行。將不同加載次數的層合板制成25mmx25mmx10mm的試件，并將進行了酸腐蝕實驗的試件也制成相同大小的試件，對其表面進行噴碳處理后用SEM觀察其微觀損傷形貌。
4 微觀損傷機理分析
圖一為[+45°/-45°]環氧樹脂層合板未加載原始試件和加載循環60次后試件的SEM照片。由照片可見經加載循環后的試件與原始試件有明顯差異：原始橫斷面上的各個纖維之間，以及纖維與基體樹脂之間，除了個別的制造缺陷和原始孔洞之外，纖維與基體之間的結合非常緊密；而經過了加載循環的試件的橫斷面上可以看到一些孔洞。這是由于纖維縮進與基體脫黏造成的，同時也存在一些纖維的拔出。由以上可知，一般界面損傷發生在材料服役的早期。另外，通過對不同角度敷設的纖維強化分析可得另外的損傷機理有基體損傷以及纖維損傷。
通過纖維化環氧樹脂的酸腐蝕實驗得到的照片也可以看出處在酸性環境中的試件與原始試件（處在正常環境中）有一些差異：原始橫斷面上的各個纖維之間，以及纖維與基體樹脂之間，除了個別的制造缺陷和原始孔洞之外，纖維與基體之間的結合非常緊密；而經過了酸腐蝕實驗的試件的橫斷面上可以看到一些凹坑。這是由于酸的腐蝕造成纖維與基體的破損。
5 結語
通過對風機葉片涂層材料的拉伸載荷實驗和酸腐蝕實驗，我們可以得到風機葉片外表涂層材料失效的微觀機理主要有以下幾個面：涂層材料的基體的損傷、纖維強化相的損傷、纖維強化相和涂層材料基體界面的損傷等。
參考文獻：
[1]習年生，于志成，陶春虎.纖維增強復合材料的損傷特性及失效分析方法.航空材料學報，2000，2（26）：55-63.
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一、我校電子圖片檔案管理現狀
隨著經濟發展和教育普及，高校學生的人數逐年增多，面對龐大的學生人數和教職工人數，各高校檔案管理系統存在一定問題。目前，我國高校檔案管理系統存在以下問題，具體情況如下:①工作量大:高校檔案管理所處環境較為特殊，每年都會面臨著大量學生進校和畢業，這就意味著學生數據需隨時進行變動，因此高校檔案管理系統會存在數量大，變動頻繁目_復雜等難點，加上檔案管理系統應用時需配用大量專業人員對系統進行維護和應用，這對學校都是來說必不可少的巨額開支;②電子信息化應用程度及范圍較低:目前，各大高校仍以紙質檔案為儲備學生數據的主要方式，電子管理系統僅被簡單應用于學生信息檢索、交換、備份等低級功能上，電子檔案管理應用仍處于初級階段，未達到充分使用的層次;③檔案管理操作無一定標準綱領:因各個高校的實際情況不同，其管理系統也各不相同，因此各高校所設定的制度和規范也存在一定差異，因此各檔案管理系統大不相同，急需規定范圍，形成統一規范;④檔案管理在各高校中地位普遍較低:目前檔案工作在學校的地位普遍較低，在學校機構改革中，不少檔案的地位又被削弱，只看到其服務功能，而忽視了其行政協調、監督指導的職能。
二、我校電子圖片檔案管理系統分析
電子圖檔管理系統能夠自動、實時、完整、準確的收集歸檔CAD電子文件，對收集歸檔的電子文件施行有效的管理和控制，實現CAD電子文件從設計、打印、收集歸檔、統計、在線瀏覽圖形、檢索借閱、文件管理等全過程的信息化管理圖。在高校電子圖片檔案管理系統中，圖片在歸檔的過程中應包含管理信息、內容信息、屬性信息和歸檔信息4個方面的內容。管理信息應當包括存放地點、保管期限等等;內容信息包括文字說明、拍攝者、拍攝口期等等;屬性信息應當包括圖片類型、分辨率等等;歸檔信息包括歸檔人、歸檔日期等等。
三、高校電子圖片管理系統的應用
1.電子圖片檔案具有的優點
①操作過程簡便，能夠極方便的對其進行增加、刪除、修改等操作，且進行修改后并不會留下修改痕跡，有效保證整個檔案頁面完整、整潔;②資源傳輸方便快捷，能夠實現資源的共享。在現實的閱讀過程中，若是紙質檔案就只能提供給能夠接觸該紙質檔案的人進行閱讀，而針對電子圖片的管理檔案，由于此類電子檔案是由計算機以及網絡技術進行處理的，因此能夠避免受到該限制，擺脫紙質檔案在時間以及空間上存在的制約;③不會占用較大的存儲空間，紙質文件數量會不斷增長，但實際的存儲空間確實有限的，兩者之間一直以來都存在著激烈的矛盾，但若使用電子圖片檔案進行管理，電子檔案不會占用較多的空間，便能很好的將矛盾有效解決;④文件進行復制的過程中，電子文件能夠有效避免信息和數據的丟失。由于在實際操作中，紙質文件進行復制或是縮微品進行拷貝時，經常會導致清晰度的下降、畸變、信息的丟失等等問題，與電子圖片檔案進行比較，紙質文件具有較大的不足之處。因為電子圖片檔案進行復制時，由于信息處理過程是信息化的，極少出現該類問題，因此電子檔案在文件進行復制和拷貝的過程中，更能避免文件信息、內容、數據等的丟失和缺損。
2.電子圖片檔案缺點
首先是其儲存的安全性，安全性對于系統的正常運行和內部資料的保密極為重要，電子檔案采用的錄入方法完全相同，各文件之間差異性較小，特征性較差，因此文件一旦受到侵害則不易被發現;其次技術支持不全面，電子檔案的特殊性使文件的保管條件和保管期限等存在局限性，需重視解決;最后高校的檔案管理人員專業知識掌握程度較低，不能完全掌控檔案管理的相關工作，為其應用帶來極大影響。
3.解決措施
針對以上系統在我校應用時存在的問題進行總結并采取相應措施，具體如下:①規范化原則:是電子圖檔應用中的重要原則，我校要制定規范、嚴格、科學、合理的管理制度，以便系統正常運行，同時我校的原有檔案的數據化工作應按特定規格進行，確保其真實性;②確保檔案的安全:由于電子圖片檔案能在不同載體上進行相互轉換，雖能保證圖片的真實性，但不能保證其原始性，因此，我校的檔案管理人員應詳細了解計算機功能以便對檔案系統進行全面維護;③加強控制和管理工作:首先要對權限關系進行劃分，分級管理，避免越級管理;其次是加強拷貝的嚴密性，使用者在使用權限后，系統要對使用者得到的信息進行及時拷貝，以便查詢，最后是加強安全措施，保證系統的使用安全;④加強人才隊伍建設:我校現存系統技術人員較少，目_水平較低，大多只會使用電子圖片檔案的簡單功能，我校要加強對相關人員的技術培養，定期學習，以便更好地使用系統，為我校學生及教職工服務。
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關鍵詞：VB PaintPicture方法 垂直百葉窗效果 程序設計
中圖分類號：TP311.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）05-0113-01
1 引言
百葉窗效果就是一種圖片轉換效果，像拉開百葉窗的樣子，它經常用于網頁、幻燈片的轉換。要實現百葉窗效果有很多方法，例如可以利用編程調用Windows的API函數的方法，也可以利用工具軟件進行繪制，如Photoshop、Flash、PowerPoing等[1]。本文介紹通過PaintPicture方法來實現圖片垂直百葉窗效果。
2 程序設計
2.1 PaintPicture方法
通過PaintPicture方法可以訪問內置在操作系統中的BitBlt（即位塊傳送）進行服務，可以從一個對象（窗體或圖像框控件）中向另一個對象復制一個矩形區的像素。而通過各種不同方法的組合達到各種不同的動畫效果。
PaintPicture方法的語法如下：
其中：Object：可選，表示該對象接受復制的內容。x1，y1：必需，指定在Object上繪制picture的目標坐標。width1，height1：可選，指定在Object上繪制picture的目標寬度，目標高度。x2，y2： 可選，指定picture內剪貼區的坐標。width1，height1：可選，指定picture內剪貼區的源寬度，源高度。Opcode：可選，定義在將picture繪制到object上時對picture執行的位操作。
2.2 基本原理及算法
2.2.1 基本原理
利用PaintPicture方法將一個圖像框控件上的像素復制到另一個圖像框控件上，并逐漸復位到原有尺寸。如果將圖形分成許多部分，各部分同時逐漸顯示，就產生百葉窗效果。
2.2.2 垂直百葉窗條紋數的算法
計算覆蓋整個目標區所要的條紋數，同時每個條紋有一個像數長并增長到ScripeWidth個像素[2]。因此，覆蓋目標區所要的條紋數的算法如下：
2.3 程序設計
新建一個工程，添加一個窗體Form1，兩個Picture控件Picture1、Picture2，一個Command控件Command1。
程序設計代碼：
定義窗體級變量；
運行程序，顯示垂直百葉窗效果，如圖1所示。
3 結語
根據上面的方法，也很容易實現圖片的水平白葉窗效果。同樣，通過利用PaintPicture 方法也能實現其它的圖像動畫效果，例如，從底部伸展，從左到右伸展，從中間擴展等。只要能靈活的運用這些方法，這些效果都可實現。
參考文獻
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在國防軍事領域中虛擬現實技術應用率較高，例如：在太空訓練、宇航探測、軍事演習、飛行模擬等廣泛應用。上世紀，虛擬現實技術發展成型，該技術集人機交互理論、人體工程學、傳感技術、計算機技術等為一身，借助設備或技術，對空間場景進行模擬，且該場景是虛幻的、3維的、交互的。虛擬現實更加豐富了人機交互的內容。隨著科技的不斷發展，以圖像繪制為基礎的虛擬現實技術得到迅猛發展，它適當變換采集的場景圖像后，完全漫游虛擬環境成為了現實。
虛擬現實技術概述
我國在一些列的試驗及研發過程中，經歷了技術發展、變革，伴隨數字影像技術和攝影技術的突破，虛擬現實技術的應用將傳統影像藝術方式徹底改變，給傳統攝影藝術中注入新鮮血液，在數字3維全景技術的基礎上，組合靜態圖片，可將現實景象真實顯示出來，形成全景圖片，新視角的實現依靠新功能的研發與應用，改革、創新了人們看圖方式。虛擬現實利用電腦，對3維空間的虛擬世界進行模擬，同時模擬感官，如觸覺、聽覺、視覺等，讓使用者能夠對3度空間內的事物展開沒有限度、及時地觀察。
3維全景技術
以全景圖像為基礎誕生的現實場景虛擬現實技術就是3維全景虛擬現實技術。利用數碼照相機，在固定視點，按一定方式對實景進行拍攝，繞垂直軸向按均勻角度旋轉三百六十度，將一組至多組照片拍攝完成，之后通過計算機的調整、拼接、整合等技術手段，對圖像進行處理，最后將無縫全景圖像生成。再利用計算機技術，將真實場景以互動、全方位的方式展現出來。能夠讓觀看者擁有身臨其境的體驗，場景的全部圖像信息能在三百六十度范圍內得到快速、真實的表現，這就是3維全景的特性。如今，在工程項目、院校、汽車、旅游、酒店、服裝、城市規劃等方面都可利用3維全景進行有效展示。伴隨虛擬現實技術的飛躍進步，在在更多行業、領域中，是圖像技術大展拳腳的平臺。相比于原先的3D建模虛擬現實，數字3維全景技術具有諸多優勢，具體包括：第一，格式多樣化、適合網絡使用，便于傳輸、文件小，對于各種形式的應用都非常適合。第二，制作需要的成本低、且周期短，因此便于生成。第三，圖像透視處理對真實3維實景展開模擬，身臨其境感觸深。第四，交互性好，控制任意，相比于平面圖片，能夠對更多圖像信息進行表達。第五，比其它建模生成對象更為可靠、更具真實性，真實感強。3維全景能夠Flash、Java等格式，以及對技術的實現與格式的應用進行播放，3維全景還對物體全景、球形全景以及柱形全景進行了分析，實現3維全景過程。
校園中3維全景虛擬應用
相比于2維校園網頁，數字3維全景校園更具有生動、直觀、真實的特性。為了讓人們了解校園，將校園現實抽象成為2維圖片展示及文字描述，該方式間接地將校園信息傳遞給人，人們還需要通過自己的想象，在頭腦中還原真實校園，較為抽象。而3維全景虛擬校園則將校園的人文、自然環境展現在網絡上，人們通過瀏覽實驗室、科研設備、圖書館、教室、教學設施等，身臨其境地對學校整體進行掌握與了解。與此同時，通過桌面式虛擬現實系統，用戶可實現實時交互瀏覽，在宣傳、展示校園文化的基礎上，給人身臨其境的感受。
3維全景虛擬技術可以擴大學校知名度，提高學校形象。以網絡為基礎，學校可創建3維全景虛擬校園，幫助學生形象地、直觀地對專業和學校進行了解。同時還是校園信息化建設的關鍵組成，有利于學們良好品德及思想政治素質的有效提高，潛移默化中對每一位學生、教師滲透校園文化、精神。3維全景虛擬技術還便于師生更快地熟悉校園生活，特別是對于新生，能夠更快了解校園信息、校園布局，為及早適應校園生活而奠定技術基礎。3維全景虛擬校園生動、形象了校園實驗樓、食堂、學生宿舍樓、教學樓等，給人身臨其境的感受。在構建3維全景虛擬校園的基礎上，對真實世界進行模擬，為師生提供逼真、生動、清晰優美的校園，同時將校園綠化情況、布局特點、建筑風格等一覽無余地展現出來，給人高度逼真的視覺體驗。
結束語
將3維全景虛擬校園建立在互聯網中，延伸、并擴展了校園的空間感與時間感，同時為校園封疆展示、信息管理等提供有效措施，記錄了學校的發展和變遷。在數字3維全景技術的基礎上，組合靜態圖片，可將現實景象真實顯示出來，形成全景圖片，而3維全景虛擬校園則將校園的人文、自然環境展現在網絡上，人們通過瀏覽實驗室、科研設備、圖書館、教室、教學設施等，身臨其境地對學校整體進行掌握與了解。同時還是校園信息化建設的關鍵組成，有利于學們良好品德及思想政治素質的有效提高，潛移默化中對每一位學生、教師滲透校園文化、精神。3為全景虛擬校園構建于全景圖像基礎上，系統、直觀、且不乏真實性地將3維校園場景以交互的方式展現出來，為人們立體化、全方位了解校園提供技術手段。
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【關鍵詞】彩色圖像去噪 小波技術 偏微分技術
現實中的數字圖像在數字化和傳輸過程中常受到成像設備與外部環境噪聲干擾等影響而產生噪聲。均值濾波、中值濾波、維納濾波和基于小波變換的軟閾值法和硬閾值法是常用的幾種圖像去噪方法，偏微分技術這些年也逐步在彩色圖像中發揮重要的作用，本文就基于小波技術和偏微分技術的彩色圖像的去噪方法進行了簡單的比較。
均值濾波的算法也叫做線性濾波，其思想主要為鄰域平均法，也就是將像素灰度的平均值用來替代每個像素的灰度。有效抑制加性噪聲，但容易引起圖像模糊，可以對其進行改進，主要避開對景物邊緣的平滑處理。椒鹽噪聲是幅值近似相等但隨機分布在不同位置上，圖像中有干凈點也有污染點。中值濾波是選擇適當的點來替代污染點的值，所以處理效果好。因為噪聲的均值不為0，所以均值濾波不能很好地去除噪聲點。維納濾波通常是指從連續或者是離散的圖像數據里去過濾掉不需要的噪聲以及干擾信息，從而獲得我們需要的信息，這個過程我們稱之為濾波，這種方法被看做是常用的信號處理方法，并且我們把與之對應的裝置叫做濾波器。通常情況下，我們把濾波器分為線性濾波器和非線性濾波器，這是根據濾波器的輸出內容來決定的，如果輸出內容為線性函數，我們稱之為線性濾波器，與此相反，輸出內容為非線性函數，我們稱之為非線性濾波器。
圖像處理的方法有很多種，除了小波技術以外，常用的還有偏微分方程，偏微分方程在底層的圖像的處理過程中也有很好的表現。向異性是在圖像過程中，特別是在偏微分的方程的處理過程中表現出的一個特點，在圖像的處理過程中尤其是在去噪的過程中，不僅可以去噪，同時保持了很好的邊緣特征。常用的偏微分方程可以有兩種：一類是根據迭代格式進行，隨著時間的變化，圖像慢慢地接近于最終需要的效果，常見的方程有：Malik方程和Perona方程，并對其進行不斷的改進。相對于其他方法而言，迭代格式的方法有較大的選擇范圍，尤其是在有了確定的擴散系數之后，當前向擴散的時候，也可以后向擴散，所以對于將邊緣尖銳化和對于圖像的平滑處理都有很好的處理。相對于在高噪聲處理圖像的效果，這種方法更適合處理低噪聲密度的圖像。
偏微分在在處理圖像的過程中尤其是圖像去噪的過程中需要建立模型，通常建立的模型有二階偏微分方程和四階偏微分方程，建立模型可以有效的提高圖像在去噪過程中的處理能力，尤其是在圖像紋理的處理過程中表現出較好的效果，通常使用的模型有PM模型和fourth-order PDE模型，但有一點不可忽視的是階梯效應，尤其是PM模型，在圖像處理過程中不可避免的出現此種效應，針對這個問題，有人提出了相對應的解決方法，并取得了較好的效果：四階偏微分方程模型，需要指出的是，雖然它能夠減弱甚至去除此種效應，但會將黑白點遺留在處理的圖像中。常見的彩色圖像處理會對紅綠藍三個分量采用處理技術，處理完成后，進行合成，并且這個過程是在RGB空間進行。階梯效應和圖像失真是圖像處理尤其是彩色圖像處理過程中常常會出現的缺點，但是通過將四元數矩陣來表示圖像，并將彩色圖像看做一個完整的整體來進行去噪處理，這樣就會得到一個全新的彩色圖像去噪方法，需要指出的是這種方法中需要對矩陣做一個四元數傅里葉變換，在完成了變換之后對矩陣重新進行處理，處理結束后會產生一個新的模型。這種方法的最大優點是客服了階梯效應及孤立點，尤其是客服了常用的整數階算子的缺點，對于圖像中的紋理信息進行了很好的加強，對于圖像中較平滑的部分，在處理過程中進行了有效的線性的保留，通過實驗證明，處理后的圖像效果得到了一定的提升。
參考文獻：
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（中國空空導彈研究院，河南洛陽471009）
摘要：提出一種基于FPGA與DSP的實時視頻圖像偏色校正系統，包括數字視頻解碼芯片、FPGA、DSP以及數字視頻編碼芯片。該系統能以一種格式接收視頻圖像信號并以相同的格式輸出，輸出偏色校正后的視頻信號相比輸入的視頻信號而言，延遲非常小，實時性強，是一種較為實用的視頻圖像偏色校正系統。
關鍵詞 ：實時系統；顏色校正；顏色恒常性；FPGA
中圖分類號：TN911.73-34；TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X（2015）12-0077-03
收稿日期：2014-11-09
0 引言
通過可見光成像系統采集的視頻圖像往往因為環境光照的影響存在偏色的問題，這是因為成像系統不能夠對變化的環境光照條件做出對應的光譜響應，使得圖像的顏色范圍發生了偏移，也引起了圖像偏色。因此，需要利用視頻圖像偏色校正技術對圖像的顏色范圍進行實時調整，使其與人眼視覺系統對場景真實顏色的感知相吻合，這對于可見光成像系統成像質量的提高有著重要的意義。
現有技術中，關于偏色校正的方法很多，比如白點法[1]、灰色調法[2]、灰度世界假設方法[3]等。其中，灰度世界假設方法認為平均場景反射分量是沒有顏色的，并以此假設為基礎利用輸入圖像的R、G、B 三個分量計算出偏色校正系數，進而實現對圖像的偏色校正。文獻[4]提出了灰度邊緣假設方法，認為場景反射分量導數的范數是沒有顏色的，而后利用此假設進行偏色校正系數的估計。此外，文獻[4]結合上述的幾種方法建立了一個統一的顏色恒常性計算框架。文獻[5]對多種偏色校正方法進行了綜述和比較。文獻[6] 提出了一種偏色校正系數的層級計算模型，在該模型中，各層級分別模擬了人眼視覺系統中從視網膜到初生視覺皮層的顏色處理機制。通過對這些偏色校正方法進行仿真和比較，發現灰度世界假設方法具有計算過程相對簡單以及校正效果與人眼視覺感知非常一致等優點。
雖然現有技術中偏色校正的方法較多，但是實時視頻圖像偏色校正系統并沒有成熟型號產品。偏色校正系統多采用將圖像采集到計算機后在計算機上進行偏色校正的方案，該方案需要依賴于計算機，給實際應用帶來諸多不便，具有很大的局限性。針對此問題，本文提出一種基于FPGA 與DSP 的實時視頻圖像偏色校正系統，該系統對灰度世界假設方法[3]進行了實現，利用上一幀計算得到的偏色校正系數對下一幀進行偏色校正，不僅不需要對一幀圖像進行存儲，而且使得輸出的偏色校正后的視頻信號相比輸入的視頻信號延遲非常小，實時性強，可有效提高可見光成像系統的成像質量。
1 系統組成
如圖1所示，本文提出的基于FPGA與DSP的實時視頻圖像偏色校正系統，硬件上包括數字視頻解碼芯片、FPGA、DSP以及數字視頻編碼芯片。其中，數字視頻解碼芯片采用DS90CR286，FPGA 采用EP3SE110F1152，DSP 采用TMS320C6455，數字視頻編碼芯片采用DS90CR285。
端口連接方式為：FPGA的端口R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]、F1、L1、CLK1 與數字視頻解碼芯片的R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]、F1、L1、CLK1相連；FPGA的端口R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]、F2、L2、CLK2 與數字視頻編碼芯片的R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]、F2、L2、CLK2 相連；FPGA 的端口SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]、INT 與DSP 的SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]、INT 相連；FPGA 的端口WR[15：0]、WG[15：0]、WB[15：0]與DSP 的WR[15：0]、WG[15：0]、WB[15：0]相連。
由于灰度世界假設方法的計算過程與其他偏色校正方法相比相對簡單，且校正效果與人眼視覺感知非常一致，因此，提出的偏色校正系統通過協同FPGA與DSP對灰度世界假設方法進行了實現。其中，FPGA用于實現該方法中的像素累加和偏色校正部分，DSP 用于實現偏色校正系數的計算。接下來，將詳細闡述各個實現環節。
2 實現步驟
偏色校正系統具體的實現步驟為：
步驟1：輸入的CameraLink格式彩色數字視頻信號經數字視頻解碼芯片解碼后分解為彩色RGB 信號（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）、幀同步F1、行同步L1、像素時鐘信號CLK1傳遞給FPGA。
步驟2：在FPGA中，彩色RGB信號（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）在幀同步F1、行同步L1、像素時鐘信號CLK1的控制下用于像素累加計算出3 個累加數SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]，而后，SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]隨同FPGA產生的中斷信號INT傳遞給DSP，3個累加數的計算公式為：
式中：(i,j) 為像素坐標；M、N 分別代表一幀圖像行、列方向的像素數量。
步驟3：DSP收到中斷信號INT以后利用收到的3個累加數SR[31：0]、SG[31：0]、SB[31：0]計算出3個偏色校正系數WR[15：0]、WG[15：0]、WB[15：0]，并將其回傳給FPGA，3個偏色校正系數的計算公式為：
式中：--· 表示對數據進行取整。
步驟4：FPGA 在下一幀的彩色RGB 信號（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）到來后，在幀同步F1、行同步L1、像素時鐘信號CLK1的控制下利用從DSP回傳的3個偏色校正系數WR[15：0]、WG[15：0]、WB[15：0]對彩色RGB 信號進行偏色校正計算得到校正后的彩色RGB信號，然后，FPGA將幀同步F1、行同步L1、像素時鐘信號CLK1延遲2 個像素時鐘周期賦給F2、L2、CLK2，并將校正后的彩色RGB信號（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）連同延遲后的幀同步F2、行同步L2、像素時鐘信號CLK2一起傳遞給數字視頻編碼芯片，偏色校正計算過程為：
式中：除以256通過右移8位來實現。
由于處理的對象為視頻圖像，前后兩幀的關聯性非常大，也即利用上一幀計算得到的偏色校正系數可以用于下一幀進行偏色校正。這樣做不僅不需要對一幀圖像進行存儲，而且使得輸出的視頻信號相比輸入的視頻信號延遲非常小。此外，由于偏色校正計算過程需要兩個像素時鐘周期，于是，通過將幀同步F1、行同步L1、像素時鐘信號CLK1 延遲兩個像素時鐘周期賦給F2、L2、CLK2 實現校正后的彩色RGB 信號與這些同步信號之間的同步。
步驟5：數字視頻編碼芯片將校正后的彩色RGB信號（R[7：0]、G[7：0]、B[7：0]）、幀同步F2、行同步L2、像素時鐘信號CLK2 編碼并形成CameraLink 格式彩色數字視頻信號輸出。至此，完成偏色校正過程。
3 實驗結果
利用能夠輸出分辨率為1 024×768 的CameraLink格式彩色數字視頻的可見光成像設備作為偏色校正系統的輸入，針對不同的場景進行相應的偏色校正實驗。圖2（a）為其中一個場景未經校正的有偏色圖像，圖2（b）為是同一場景經本文提出的校正系統校正后的圖像。顯然，經過校正后的圖像與人眼對場景真實顏色的感知是相吻合的。
4 結語
本文提出的偏色校正系統利用FPGA 與DSP 協作實現了基于灰度世界假設的偏色校正方法，能夠將視頻圖像的顏色范圍校正到與人眼對場景真實顏色的視覺感知相吻合，并且能以一種格式接收視頻圖像信號并以相同的格式輸出，易于將其集成到一個系統中，而不用對系統的接口進行更改。此外，該系統輸出的偏色校正后的視頻信號相比輸入的視頻信號而言，延遲非常小，實時性強。
作者簡介：周楨（1979—），男，江西九江人，高級工程師，碩士。主要研究方向為圖像信息處理、目標識別跟蹤。
參考文獻
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