基于FPGA的灰度圖像處理之對(duì)數(shù)變化

1 背景知識(shí)

對(duì)數(shù)變化的通用公式：s = clog(1+r)--------------------------------------------------------------(1)

其中c是一個(gè)常數(shù)，r為灰度級(jí)。

圖1 一些基本的灰度變換函數(shù)

圖1中對(duì)數(shù)曲線的形狀表明，該變換將輸入中范圍較窄的低灰度值映射為輸出中較寬范圍的灰度值，相反地，對(duì)高的輸入灰度值也是如此。我們使用這種類(lèi)型的變換來(lái)擴(kuò)展圖像中的暗像素的值，同時(shí)壓縮更高灰度級(jí)的值。反對(duì)數(shù)變換的作用與此相反。

2 FPGA實(shí)現(xiàn)

圖2 FPGA實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)變換框架圖

由圖2可知對(duì)于灰度圖像直接經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)變換就可以得到對(duì)數(shù)變換圖像，但是對(duì)于FPGA直接實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)公式顯然難度很大。在FPGA中我們采用基于查找表的方式進(jìn)行對(duì)數(shù)變換。

ROM表的制作：

Matlab源碼：

clear all

close all

clc

depth = 256;

width =8;

r = [0:1:255];

y = 45*log(1+r);

x = r;

z = round(y);

fid = fopen('E:\matlab_project\log\log2.mif','w');%路徑

fprintf(fid,'depth= %d; \n',depth);

fprintf(fid,'width= %d; \n',width);

fprintf(fid,'address_radix=uns;\n');

fprintf(fid,'data_radix = uns;\n');

fprintf(fid,'Content Begin \n');

for(k=1:depth)

fprintf(fid,'%d: %d; \n',k-1,z(k));

end

fprintf(fid,'end;');

hold on

plot(x);

plot(y);

hold off

結(jié)果：

圖3 log函數(shù)圖

部分Rom表：

depth= 256; %數(shù)據(jù)深度

width= 8; %數(shù)據(jù)位寬

address_radix=uns;

data_radix = uns;

Content Begin

0: 0;

1: 31;

2: 49;

3: 62;

4: 72;

5: 81;

6: 88;

7: 94;

8: 99;

9: 104;

10: 108;

...

...

...

250: 249;

251: 249;

252: 249;

253: 249;

254: 249;

255: 250;

end;

FPGA源碼：

//------------------------------------------

// log

//------------------------------------------

wire [7:0] log_data;

rom_log rom_log_inst(

.address(o_y_8b),

.clock(TFT_clk),

.q(log_data)

);

assign TFT_rgb = {log_data[7:3],log_data[7:2],log_data[7:3]}; //Y

結(jié)果：

圖4 實(shí)驗(yàn)原圖

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，灰度值整體被拉大。由圖4和圖5觀察可得圖中白色區(qū)域明顯增多，某些白色線條被拉長(zhǎng)。符合log變換將輸入中范圍較窄的低灰度值映射為輸出中較寬范圍的灰度值，相反地，對(duì)高的輸入灰度值也是如此。實(shí)驗(yàn)成功。我們猜想正常的灰度圖像會(huì)被整體變亮，有興趣的同學(xué)可以去實(shí)驗(yàn)。

由此我們可以得出對(duì)數(shù)變化的實(shí)際應(yīng)用。比如夜間拍照?qǐng)D像過(guò)暗，我們可以采用對(duì)數(shù)變換；如果圖像過(guò)度曝光也就是偏亮，我們可以采用反對(duì)數(shù)變換。