Algoritmos de tempo real para melhoramento de imagens capturadas no espectro do infravermelho projetados para síntese em FPGA

• Main Author: Rotava, Lucas
• Other Authors: Rodrigues, Evandro Luis Linhari
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2015
• Subjects: Câmera térmica; FPGA; Image processing; Imagem térmica; Infrared imaging; Processamento de imagens; Thermal camera
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18152/tde-21012016-143940/

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de algoritmos de processamento de imagens para câmeras térmicas, com o objetivo de sintetizá-los em FPGA. Existem diversas aplicações para imagens térmicas nas áreas médica, de segurança e industrial, por isso o conhecimento e o desenvolvimento de câmeras térmicas são de interesse para a academia e para a indústria. Por consequência, o desenvolvimento de algoritmos que tratem as imagens também representa importante papel. Os algoritmos implementados neste trabalho são: correção de não uniformidade (NUC); substituição de pixels defeituosos, ou bad pixels, (BPR); redução da resolução de cor com realce de contraste; e filtro espacial para realçar detalhes da imagem, chamado de filtro de nitidez. Os três primeiros são algoritmos importantes devido à características dos detectores e de câmeras térmicas, já o filtro de nitidez foi proposto para melhorar a visualização de objetos nas imagens. Com os algoritmos simulados em Matlab foram feitas medidas de contraste e de MTF das imagens de saída, e os resultados obtidos para os algoritmos de realce de contraste e de nitidez mostraram que eles são adições importantes ao conjunto de algoritmos básicos para câmeras térmicas, já que, para alguns casos, o realce de contraste aumentou em mais de 50% a medida de contraste da imagem, em comparação com o algoritmo anterior, e o filtro de nitidez proporcionou valores de MTF até duas vezes maiores. Os algoritmos de NUC e BPR apresentaram os resultados esperados, corrigindo a imagem recebida do detector. As imagens utilizadas eram de 640×512 pixels processadas em uma taxa de 30 fps, e dessa forma optou-se pelo FPGA para a síntese dos algoritmos, sendo possível realizar os processamentos paralelamente contando com a característica de alto throughput inerente a estes componentes. Os algoritmos implementados em FPGA apresentaram desempenho superior aos requisitos mínimos de tempo para o sistema utilizado, sendo perfeitamente capazes de processar o vídeo de entrada em tempo real. === This work presents the development of FPGA-synthesizable image processing algorithms to thermal cameras. There are plenty of applications for thermal imaging in medical, security and industrial areas, therefore, the knowledge and the development of thermal cameras are of great interest to both academia and industry. Consequently, the development of algorithms to enhance the images is also important. The implemented algorithms are: nonuniformity correction (NUC); bad pixel replacement (BPR); pixel depth reduction with contrast enhancement; and emboss spatial filter. The three first algorithms are important because of some characteristics of infrared detectors and cameras, and the emboss filter is proposed to improve the visualization of objects in the images. With the algorithms simulated in Matlab, the contrast and MTF were measured in the output images, and the results showed that the contrast enhancement and the emboss filter algorithms are important additions to the infrared cameras basic set of image processing algorithms since, for some cases, the contrast enhancement was able to improve the contrast by 50% and the emboss filter have doubled the MTF. NUC and BPR algorithms had the expected results, correcting the image from the detector. There were used images with resolution of 640×512 at 30 frames per second and, because of this, it was chosen to synthesize the algorithms in an FPGA, this way it is possible to run them in parallel, counting on the high throughput characteristic of the FPGAs. The implemented algorithms have better timing performance than the needed for the system used, being perfectly able to process the input video in real time.