一種彩色圖像的fpga實時增強系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像增強技術(shù)領(lǐng)域,具體地是一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,圖像增強主要是將圖像轉(zhuǎn)換為更適合人眼觀察或者機器分析、識別的形式,改善圖像的質(zhì)量和視覺效果,以便獲得更清楚、明晰的富含大量有用信息的可使用圖像,圖像增強技術(shù)在軍事、遙感生物、公共安全、醫(yī)學工程等方面發(fā)揮著重要作用,圖像增強技術(shù)在對于灰度圖像的處理得到了普遍的應(yīng)用。
但是隨著近年來彩色圖像的廣泛運用,對彩色圖像的增強技術(shù)有了明顯需求。由于彩色圖像的R、G、B分量相互不獨立,對于彩色圖像直接增強,會造成圖像增強后顏色失真。而HSV空間更能反映人的視覺特性,將彩色圖像轉(zhuǎn)換成HSV空間,在該空間中對圖像進行增強算法的處理,處理后圖像效果明顯優(yōu)于直接對彩色圖像增強。對于灰度圖像的增強,常用的方法有直方圖均衡化,但是運用該方法對于航拍圖像進行增強,容易造成圖像的紋理不清晰,細節(jié)信息也不能夠最大化的顯現(xiàn)。對圖像進行分段拉伸也是一種常見算法,但是分段拉伸算法的關(guān)鍵點在于分段點的選擇,分段點的選擇稍有不慎便影響了整幅圖像的增強效果。
[0003]在圖像增強的硬件實現(xiàn)上,最初是用DSP實現(xiàn),但是DSP在對數(shù)據(jù)接收和處理的過程中存在著延時,很難達到實時性要求。后來發(fā)展為DSP+FPGA這種架構(gòu),這種系統(tǒng)運算速度比較高,具有較強的靈活性和通用性,但是成本也較高,同時DSP和FPGA之間通信也比較復雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明就是針對上述問題,彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),本發(fā)明具有集成度高、圖像處理速度快和實時性強的特點。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),其中包括相機控制模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、VGA控制模塊、灰度拉伸算法模塊、PLL控制時鐘模塊;其結(jié)構(gòu)要點是:Cameralink接口模塊與相機控制模塊相連接,所述相機控制模塊同時與RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊和直方圖統(tǒng)計模塊相連接,所述直方圖統(tǒng)計模塊分別接RAMl和RAM2,RAM2再與灰度拉伸算法模塊相連接,RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊也與灰度拉伸算法模塊相連接,所述灰度拉伸算法模塊的輸出拉伸數(shù)據(jù)傳送給HVS轉(zhuǎn)換為RGB模塊;其中VGA控制模塊與VGA顯示模塊相連接。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案,所述相機控制模塊米用LVDS信號傳輸數(shù)據(jù),FPGA發(fā)出的CM0S/TLL控制信號經(jīng)由Cameralink接口器件轉(zhuǎn)換成LVDS信號,接收端配套器件進行解調(diào),將4路LVDS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為24位圖像數(shù)據(jù)和4位同步信號。
[0008]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案,所述直方圖統(tǒng)計模塊采用雙口 RAM作為儲存器來儲存直方圖統(tǒng)計結(jié)果;雙口 RAM的地址寬度設(shè)置為8bit ;在第一個時鐘根據(jù)Vdatain的值,讀出RAMl中相應(yīng)地址的值rdata,在第二個時鐘把接收來的灰度值作為直方圖統(tǒng)計的地址,將讀出的值rdata加1,寫入RAM1,RAM2的該地址中;此后反復這個過程,完成一幀圖像的直方圖統(tǒng)計。
[0009]進一步地,本發(fā)明所述RAM2是只對直方圖雙端口 RAM進行單端口寫操作,另一個端口留給最優(yōu)窗口確定進行異步讀操作用,這樣做避免了對直方圖雙端口 RAM的讀端口復用。
[0010]本發(fā)明的有益效果是。
[0011]本發(fā)明采用采用基于插值的分段拉伸算法。首先將彩色RGB圖像轉(zhuǎn)換為HSV空間,在該空間,對圖像直方圖進行基于差值的分段拉伸處理,以達到對圖像增強的目的;經(jīng)過該方法增強后的圖像,細節(jié)信息更加豐富,圖像的清晰度得到改善,圖像的視覺質(zhì)量也得到明顯提高;經(jīng)過該算法增強后圖像的灰度平均梯度值為直方圖均衡化算法的1.95倍;應(yīng)用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為中央處理器,通過并行處理結(jié)構(gòu)及流水線技術(shù),完成圖像空間的轉(zhuǎn)換和圖像的實時增強算法,簡化了系統(tǒng)設(shè)計,使處理系統(tǒng)硬件更加緊湊,運行更加可靠。
[0012]本發(fā)明給出了主要功能模塊的實現(xiàn)方法,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試,可完成每秒30幀X 1024X 1024X24bit數(shù)據(jù)的處理,與直方圖均衡化等傳統(tǒng)圖像增強算法相比,該算法計算時間縮短了 0.807ms。本發(fā)明系統(tǒng)具有集成度高、圖像處理速度快和實時性強等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0014]對于圖像的增強,本發(fā)明提出了一種基于插值的線性拉伸算法,根據(jù)插值函數(shù)對每個像素點進行灰度變換。其在增強圖像對比度的同時也會很好地保留圖像細節(jié),經(jīng)過該算法增強后圖像的灰度平均梯度值為直方圖均衡化算法的1.95倍。本發(fā)明方法處理后的圖像,細節(jié)豐富,灰度動態(tài)范圍寬,該算法很大程度上改善圖像了的清晰度和視覺質(zhì)量。
[0015]如圖1所示,為本發(fā)明一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中包括相機控制模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、VGA控制模塊、灰度拉伸算法模塊、PLL控制時鐘模塊;首先Cameral ink接口模塊與相機控制模塊相連接,所述相機控制模塊同時與RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊和直方圖統(tǒng)計模塊相連接,所述直方圖統(tǒng)計模塊分別接RAMl和RAM2,RAM2再與灰度拉伸算法模塊相連接,RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊也與灰度拉伸算法模塊相連接,所述灰度拉伸算法模塊的輸出拉伸數(shù)據(jù)傳送給HVS轉(zhuǎn)換為RGB模塊;其中VGA控制模塊與VGA顯示模塊相連接。
[0016]所述相機控制模塊采用LVDS信號傳輸數(shù)據(jù),F(xiàn)PGA發(fā)出的CM0S/TLL控制信號經(jīng)由Cameral ink接口器件轉(zhuǎn)換成LVDS信號,接收端配套器件進行解調(diào),將4路LVDS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為24位圖像數(shù)據(jù)和4位同步信號。
[0017]所述直方圖統(tǒng)計模塊采用雙口 RAM作為儲存器來儲存直方圖統(tǒng)計結(jié)果;雙口RAM的地址寬度設(shè)置為8bit ;在第一個時鐘根據(jù)Vdatain的值,讀出RAMl中相應(yīng)地址的值rdata,在第二個時鐘把接收來的灰度值作為直方圖統(tǒng)計的地址,將讀出的值rdata加1,寫入RAM1,RAM2的該地址中;此后反復這個過程,完成一幀圖像的直方圖統(tǒng)計。
[0018]所述控制時鐘PLL模塊:在一個像素時鐘要完成雙口 RAM的讀,并將讀出結(jié)果加I后寫回RAM,所以將直方圖統(tǒng)計的控制時鐘設(shè)為像素時鐘的2倍,即PLL 二倍頻。本發(fā)明所述RAM2是只對直方圖雙端口 RAM進行單端口寫操作,另一個端口留給最優(yōu)窗口確定進行異步讀操作用,這樣做避免了對直方圖雙端口 RAM的讀端口復用。
[0019]對于實時的彩色圖像增強處理具有數(shù)據(jù)量大、傳輸速度快的特點,用FPGA作為整個算法的中央處理器,通過相應(yīng)的圖像處理模塊,完成彩色圖像空間和灰度空間的相互轉(zhuǎn)換以及灰度圖像的實時增強算法,并利用軟件實現(xiàn)直方圖統(tǒng)計和拉伸算法的并行執(zhí)行,與直方圖變換等傳統(tǒng)圖像增強算法相比,該算法計算時間縮短了 0.807ms。該系統(tǒng)具有集成度高、圖像處理速度快和實時性強等特點。該算法的實現(xiàn)具有實時性,能夠達到預期目標,基本可以實現(xiàn)工程應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),其中包括相機控制模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、VGA控制模塊、灰度拉伸算法模塊、PLL控制時鐘模塊;其特征在于=Cameralink接口模塊與相機控制模塊相連接,所述相機控制模塊同時與RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊和直方圖統(tǒng)計模塊相連接,所述直方圖統(tǒng)計模塊分別接RAMl和RAM2,RAM2再與灰度拉伸算法模塊相連接,RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊也與灰度拉伸算法模塊相連接,所述灰度拉伸算法模塊的輸出拉伸數(shù)據(jù)傳送給HVS轉(zhuǎn)換為RGB模塊;其中VGA控制模塊與VGA顯示模塊相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),其特征在于:所述相機控制模塊采用LVDS信號傳輸數(shù)據(jù),F(xiàn)PGA發(fā)出的CMOS/TTL控制信號經(jīng)由Cameralink接口器件轉(zhuǎn)換成LVDS信號,接收端配套器件進行解調(diào),將4路LVDS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為24位圖像數(shù)據(jù)和4位同步信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),其特征在于:所述直方圖統(tǒng)計模塊采用雙口 RAM作為儲存器來儲存直方圖統(tǒng)計結(jié)果。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng),其特征在于:所述雙口RAM地址寬度設(shè)置為8bit。
【專利摘要】一種彩色圖像的FPGA實時增強系統(tǒng)。本發(fā)明具有集成度高、圖像處理速度快和實時性強等特點;使處理系統(tǒng)硬件更加緊湊,運行更加可靠。其中包括相機控制模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、VGA控制模塊、灰度拉伸算法模塊、PLL控制時鐘模塊;其結(jié)構(gòu)要點是:Cameralink接口模塊與相機控制模塊相連接,所述相機控制模塊同時與RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊和直方圖統(tǒng)計模塊相連接,所述直方圖統(tǒng)計模塊分別接RAM1和RAM2,RAM2再與灰度拉伸算法模塊相連接,RGB轉(zhuǎn)換為HVS模塊也與灰度拉伸算法模塊相連接,所述灰度拉伸算法模塊的輸出拉伸數(shù)據(jù)傳送給HVS轉(zhuǎn)換為RGB模塊;其中VGA控制模塊與VGA顯示模塊相連接。
【IPC分類】G06T5/00, G06T5/40
【公開號】CN105513016
【申請?zhí)枴緾N201410496852
【發(fā)明人】何志杰
【申請人】何志杰
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2014年9月25日