CN102456224A - 基于fpga实时数字图像增强方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于FPGA实时数字图像增强方法，针对硬件实现特点对算法实现过程进行了优化，并搭建实验平台，验证设计的可行性，包括直方图统计模块，直方图缓冲模块，直方图模块，直方图均衡映射表生成模块，直方图均衡映射表，输入控制模块，SDRAM控制模块，输出控制模块；通过输入控制模块将输入的源图像数据分别送到FPGA外部的图像缓存同步动态随机存储器SDRAM和内部的直方图统计模块中，完成直方图统计后，由直方图均衡映射表生成模块读取直方图模块中的各灰度级的统计值生成直方图均衡映射表，随后输出控制模块从图像缓存器SDRAM中逐个读取源图像灰度值，以查找直方图均衡映射表的形式，在输出控制模块中完成灰度映射，从而完成直方图均衡增强。
Description
技术领域：
一种基于FPGA的图像直方图均衡化实现实时图像增强的设计方法。
背景技术：
数字图像处理是信息处理的一个重要应用领域，图像增强是一种常用的数字图像处理技术，在医学、遥感、微生物、以及军事等领域有着广泛的应用，因此数字图像的增强是图像处理的基本操作之一。目前图像增强处理通常都采用软件方法去实现，虽然其算法种类多种多样，且图像增强后的质量也比较高，但是，由于运算时间往往较长，因此在对实时性要求较高的数字图像处理场合不宜采用软件方法而更适合采用硬件方法。硬件方法实现图像增强，其处理速度可大大提高，不过，采用硬件方法时，由于资源非常有限，许多处理算法因过于复杂而无法通过硬件实现。目前，图像增强技术主要分为两大类：变换域增强和空间域增强。变换域增强就是在图像的某种变换域中(通常是频率域中)对图像灰度的变换值进行某种运算处理后，变换回空间域。空间域增强是直接针对图像的灰度值进行处理。如果采用变换域增强，在域变换的过程种会产生庞大的计算量，不利于硬件的快速实现。而采用空间域增强，在获得较好图像增强效果的同时，也更利于硬件实现。近年来，现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array)在实时数字图像处理中的应用越来越广泛，一些FPGA器件不仅提供了丰富的逻辑资源，还内置了大量片内存储器(Block RAM)和专用的数字信号处理DSP(Digital Signal Processing)模块，为硬件实现直方图均衡化算法提供了条件。
发明内容：
本发明就是针对上述问题，提供一种很强的扩展性，可以在不改变硬件系统的基础上进行算法改进，增加了系统的灵活性和适应性的方法。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案，采用空间域图像增强算法，通过FPGA去实现实时数字图像的增强，包括直方图统计模块，直方图缓冲模块，直方图模块，直方图均衡映射表生成模块，直方图均衡映射表，输入控制模块，SDRAM控制模块，输出控制模块；输入采用灰度级为256的灰度图像，通过输入控制模块将输入的源图像数据分别送到FPGA外部的图像缓存同步动态随机存储器SDRAM和内部的直方图统计模块中，完成一幅输入图像数据的直方图统计后，由直方图均衡映射表生成模块读取直方图模块中的各灰度级的统计值，累加后存入均衡映射表模块中，生成直方图均衡映射表，随后输出控制模块从图像缓存器SDRAM中逐个读取源图像灰度值，以查找直方图均衡映射表的形式，在输出控制模块中完成灰度映射，从而完成直方图均衡增强。
本发明有益效果：
针对硬件实现特点对算法实现过程进行了优化，并搭建实验平台，验证设计的可行性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1系统流程图。
具体实施方式
本实用新采用空间域图像增强算法，通过FPGA去实现实时数字图像的增强，包括直方图统计模块，直方图缓冲模块，直方图模块，直方图均衡映射表生成模块，直方图均衡映射表，输入控制模块，SDRAM控制模块，输出控制模块；输入采用灰度级为256的灰度图像，通过输入控制模块将输入的源图像数据分别送到FPGA外部的图像缓存同步动态随机存储器SDRAM和内部的直方图统计模块中，完成一幅输入图像数据的直方图统计后，由直方图均衡映射表生成模块读取直方图模块中的各灰度级的统计值，累加后存入均衡映射表模块中，生成直方图均衡映射表，随后输出控制模块从图像缓存器SDRAM中逐个读取源图像灰度值，以查找直方图均衡映射表的形式，在输出控制模块中完成灰度映射，从而完成直方图均衡增强。
系统上电后，输入控制模块首先发出复位信号将直方图缓冲模块和直方图模块中的双端口RAM用0值初始化，作为直方图统计的起始值。随后开始接收源图像灰度值，缓冲后送给直方图统计模块，并驱动其工作；直方图统计模块接收到该灰度值后，分两个时钟周期完成直方图统计：第一个时钟周期把接收来的灰度值作为直方图缓存模块的地址，读出对应的数据；第二个时钟周期对读出的数据加一后，以同一地址分别写入直方图缓存模块和直方图模块中。
当输入控制模块接收完一幅图像数据后，产生一个使能信号，驱动直方图均衡映射表生成模块依次从0到255地址读取直方图模块中的直方图，并顺序累加后存入均衡映射表模块，读完256个地址后生成直方图均衡映射表。
源灰度到增强灰度的映射是由输出控制模块完成的，首先，输出控制模块在收到直方图均衡映射表生成的结束信号后，驱动SDRAM控制器模块，将图像缓存器SDRAM中的源灰度值逐个读入到输出控制模块中，然后以读入的灰度值作为直方图均衡映射表双端口RAM的读地址，读出源灰度到增强灰度的映射系数，和源灰度相乘，同时再乘以灰度级数255，并除以总像素个数，可得到增强的灰度值，将其按顺序送出显示，即可完成一幅图像的增强。
Claims (4)
1.一种基于FPGA实时数字图像增强方法，采用空间域图像增强算法，通过FPGA去实现实时数字图像的增强，包括直方图统计模块，直方图缓冲模块，直方图模块，直方图均衡映射表生成模块，直方图均衡映射表，输入控制模块，SDRAM控制模块，输出控制模块；其特征在于输入采用灰度级为256的灰度图像，通过输入控制模块将输入的源图像数据分别送到FPGA外部的图像缓存同步动态随机存储器SDRAM和内部的直方图统计模块中，完成一幅输入图像数据的直方图统计后，由直方图均衡映射表生成模块读取直方图模块中的各灰度级的统计值，累加后存入均衡映射表模块中，生成直方图均衡映射表，随后输出控制模块从图像缓存器SDRAM中逐个读取源图像灰度值，以查找直方图均衡映射表的形式，在输出控制模块中完成灰度映射，从而完成直方图均衡增强。
2.根据权利要求1所述基于FPGA实时数字图像增强方法，其特征在于系统上电后，输入控制模块首先发出复位信号将直方图缓冲模块和直方图模块中的双端口RAM用0值初始化，作为直方图统计的起始值。随后开始接收源图像灰度值，缓冲后送给直方图统计模块，并驱动其工作；直方图统计模块接收到该灰度值后，分两个时钟周期完成直方图统计：第一个时钟周期把接收来的灰度值作为直方图缓存模块的地址，读出对应的数据；第二个时钟周期对读出的数据加一后，以同一地址分别写入直方图缓存模块和直方图模块中。
3.根据权利要求1所述基于FPGA实时数字图像增强方法，其特征在于当输入控制模块接收完一幅图像数据后，产生一个使能信号，驱动直方图均衡映射表生成模块依次从0到255地址读取直方图模块中的直方图，并顺序累加后存入均衡映射表模块，读完256个地址后生成直方图均衡映射表。
4.根据权利要求1所述基于FPGA实时数字图像增强方法，其特征在于源灰度到增强灰度的映射是由输出控制模块完成的，首先，输出控制模块在收到直方图均衡映射表生成的结束信号后，驱动SDRAM控制器模块，将图像缓存器SDRAM中的源灰度值逐个读入到输出控制模块中，然后以读入的灰度值作为直方图均衡映射表双端口RAM的读地址，读出源灰度到增强灰度的映射系数，和源灰度相乘，同时再乘以灰度级数255，并除以总像素个数，可得到增强的灰度值，将其按顺序送出显示，即可完成一幅图像的增强。
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