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低照度图像与普通的可见光图像相比,具有信噪比低、亮度对比度小的特点,不利于人眼观察和识别。本文对低照度图像噪声特性及实时处理算法进行深入研究,搭建了以FPGA为核心器件的实时处理平台以改善图像质量,提高信噪比和对比度。本文首先分析了低照度图像特点:第一,图像亮度整体偏暗,对比度低;第二,信噪比极低,很难直接使用基于单幅图像的图像处理手段提高图像质量。在查阅了大量文献的基础上,根据噪声分析结果,本文提出了能量累积和直方图均衡化相结合的低照度图像增强算法。首先进行4幅图像的能量累积,减小随机噪声,提高图像信噪比;然后通过直方图均衡化,提高图像整体亮度和对比度。利用Matlab进行仿真,结果显示,视频信噪比由2.1dB提高到11.5d B,Web对比度由0.6974提高到1.7501,均方根对比度由7.6724提高到47.1904。在充分分析算法硬件实现需求的基础上,搭建了以Altera公司的Stratix V系列5SGSMD5H1F35C1型FPGA为核心器件的实时处理平台。在算法的FPGA实现过程中,解释了采用自下而上设计方法的原因。在两个主要子模块的设计中,提出使用多片小容量RAM替代传统单片大容量RAM结构,实现能量累积子模块;对于直方图均衡化子模块,针对FPGA结构,对传统实现方法提出了三点改进。然后使用原理图输入与硬件描述语言输入相结合的方法完成整个算法设计。随后的Modelsim仿真结果表明,在硬件实现过程中,一些近似处理以及位数限制引起的误差很小,可以忽略不计。最后在实验室环境下进行实验验证,结果显示,在满足实时处理的基础上,BG0631型MCCD的视频信噪比由2.1dB提高到11.2dB,Weber对比度由0.6974提高到1.6732,均方根对比度由7.6724提高到45.8328。这说明,该系统能够实时处理低照度图像,有效提高信噪比和对比度,大幅度改善图像质量。