基于FPGA的直方圖均衡化

1 直方圖均衡

直方圖均衡化是圖像處理領(lǐng)域中利用圖像直方圖對(duì)對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整的方法。通過這種方法，亮度可以更好地在直方圖上分布。這樣就可以用于增強(qiáng)局部的對(duì)比度而不影響整體的對(duì)比度，直方圖均衡化通過有效地?cái)U(kuò)展常用的亮度來實(shí)現(xiàn)這種功能。

一個(gè)灰度圖像，讓ni表示灰度i出現(xiàn)的次數(shù)，這樣圖像中灰度為i 的像素的出現(xiàn)概率是

L 是圖像中所有的灰度數(shù)，n 是圖像中所有的像素?cái)?shù), p 實(shí)際上是圖像的直方圖，歸一化到 0..1。

把 c 作為對(duì)應(yīng)于 p 的累計(jì)概率函數(shù), 定義為：

c 是圖像的累計(jì)歸一化直方圖。

我們創(chuàng)建一個(gè)形式為 y = T(x) 的變化，對(duì)于原始圖像中的每個(gè)值它就產(chǎn)生一個(gè) y，這樣 y 的累計(jì)概率函數(shù)就可以在所有值范圍內(nèi)進(jìn)行線性化，轉(zhuǎn)換公式定義為：

yi = T(xi) = c(i)

注意 T 將不同的等級(jí)映射到 0..1 域。

上面描述了灰度圖像上使用直方圖均衡化的方法，但是通過將這種方法分別用于圖像RGB顏色值的紅色、綠色和藍(lán)色分量，從而也可以對(duì)彩色圖像進(jìn)行處理。

直方圖均衡化簡單說明：

假設(shè)一幅大小為64*64像素（MN=4096）的3 bit圖像（L=8）的灰度分布如下表。其中灰度級(jí)是范圍[0,L-1]=[0-7]中的整數(shù)。

及S2=4.55,S3=5.67,S4=6.23,S5=6.65,S6=6.86,S7=7.00。在這一點(diǎn)上，S值一直是分?jǐn)?shù)，因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^求概率值的和產(chǎn)生的，因此我們要把他們近似為最接近的整數(shù)：

2 matlab直方圖均衡

close all

clear all;

clc;

%imhist( i )：直接顯示圖像i的灰度直方圖（默認(rèn)為255個(gè)灰度級(jí)）；?

%imhist（i，n）：n為指定灰度級(jí)顯示直方圖；?

%[count, x] = imhist( i ) 獲取直方圖信息，count為每一級(jí)灰度像素個(gè)數(shù)，

%    x為灰度級(jí)，x也可以在imhist（i，x）中指定，可以通過stem（x，count）畫相應(yīng)直方圖；

% J=histeq(I,hgram);

% J=histeq(I,n);

% [J,T]=histeq(I);

% 注：hgram為歸一化（各元素均在[0,1]上）的灰度直方圖。

% [J,T]=histeq(I);返回圖像J的同時(shí)也返回變換向量。

I = imread('0.bmp');

Igray = rgb2gray(I);

Ieq =histeq(Igray);

Ihist = imhist(Ieq);

figure(1),

subplot(221),imshow(Igray);

title('Igray');

subplot(222),imhist(Igray);;

subplot(223),imshow(Ieq);

title('Ieq');

subplot(224),imhist(Ieq);

3 FPGA直方圖均衡

FPGA的直方圖均衡化（真）

FPGA的直方圖均衡化(偽)

直方圖均衡模塊的輸入為灰度圖像（未均衡化）輸出為均衡化圖像，采用偽均衡設(shè)計(jì)。

1，IDLE：空閑時(shí)刻，等待圖像幀有效到來跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。

2，STATISTICS:直方圖的統(tǒng)計(jì)和映射，等待幀有效結(jié)束完成統(tǒng)計(jì)和直方圖的映射（直方圖均衡化）及跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。

3，STATISTICS_ACC：對(duì)統(tǒng)計(jì)到的結(jié)果進(jìn)行累加，完成后跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。

4，NORMAL,EQU,WAIT_EQU:對(duì)灰度級(jí)進(jìn)行歸一化運(yùn)算，并等待幀有效到來進(jìn)行重新映射。

fpga均衡化前

fpga均衡化后