图像增强算法实现 - 基于FPGA的采集卡的图像增强算法应用研究

　　2 图像增强算法实现

　　2.1 图像增强算法设计

　　在此，采用基于点操作的增强方法，也称为灰度变换。采用直接灰度变换方法实现增强原图各部分的反差。实际中往往采用增加原图里某两个灰度值间的动态范围来实现。在本设计中，采用图2所示的直接灰度变换的方法，横坐标表示原图像的灰度值，纵坐标表示变换后的灰度值，实线为本论文中讨论的增强对比度变换曲线。虚线表示不做任何变换的曲线图。

　　

　　可以看出把原图中的0~ r1 和r2 ~ 2n - 1 间的动态范围明显减小，而原图中灰度值r1 ~ r2 之间的动态范围增加了。其中n 为图像位宽。这样，分段线性变换的数学表达式如下：

　　

　　简化表达式，化简如下：

　　

　　式中参数k1 ，k2 ，k3 可能是一个小数，为了在FPGA 里面能够进行计算，首先需要对这3个参数进行定点化处理。整个定点化的工作被嵌入到驱动程序中，用户只需输入接口数据r1 ，r2 ，s1 和s2 ，驱动程序生成定点化结果k1 ，k2 ，k3 和移位的位数bit1 ，bit2 ，bit3 送入FP-GA.本论文采用定点化方法是，先将小数进行乘2操作（移位操作），如果先到达整数或者大于512提前完成乘2操作，否则对其32次的乘2操作。

　　2.2 图像增强算法的FPGA实现

　　利用现场可编程门阵列（FPGA）的并行、实时处理的特性，实现图像增强的片上集成系统（SoC）。系统将图2 中的r1 ，r2 ，s1 和s2 设计成接口参数，用户通过主控计算机的应用程序可以反复配置参数，直到得到预期的结果为止。