[发明专利]一种彩色图像的FPGA实时增强系统

说明书

技术领域

本发明属于图像增强技术领域，具体地是一种彩色图像的FPGA实时增强系统。

背景技术

目前，图像增强主要是将图像转换为更适合人眼观察或者机器分析、识别的形式，改善图像的质量和视觉效果，以便获得更清楚、明晰的富含大量有用信息的可使用图像，图像增强技术在军事、遥感生物、公共安全、医学工程等方面发挥着重要作用，图像增强技术在对于灰度图像的处理得到了普遍的应用。

但是随着近年来彩色图像的广泛运用，对彩色图像的增强技术有了明显需求。由于彩色图像的R、G、B分量相互不独立，对于彩色图像直接增强，会造成图像增强后颜色失真。而HSV空间更能反映人的视觉特性，将彩色图像转换成HSV空间，在该空间中对图像进行增强算法的处理，处理后图像效果明显优于直接对彩色图像增强。对于灰度图像的增强，常用的方法有直方图均衡化，但是运用该方法对于航拍图像进行增强，容易造成图像的纹理不清晰，细节信息也不能够最大化的显现。对图像进行分段拉伸也是一种常见算法，但是分段拉伸算法的关键点在于分段点的选择，分段点的选择稍有不慎便影响了整幅图像的增强效果。

在图像增强的硬件实现上，最初是用DSP实现，但是DSP在对数据接收和处理的过程中存在着延时，很难达到实时性要求。后来发展为DSP+FPGA这种架构，这种系统运算速度比较高，具有较强的灵活性和通用性，但是成本也较高，同时DSP和FPGA之间通信也比较复杂。

发明内容

本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种彩色图像的FPGA实时增强系统，本发明具有集成度高、图像处理速度快和实时性强的特点。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种彩色图像的FPGA实时增强系统，其中包括相机控制模块、直方图统计模块、VGA控制模块、灰度拉伸算法模块、PLL控制时钟模块；其结构要点是：Cameralink接口模块与相机控制模块相连接,所述相机控制模块同时与RGB转换为HVS模块和直方图统计模块相连接，所述直方图统计模块分别接RAM1和RAM2，RAM2再与灰度拉伸算法模块相连接，RGB转换为HVS模块也与灰度拉伸算法模块相连接，所述灰度拉伸算法模块的输出拉伸数据传送给HVS转换为RGB模块；其中VGA控制模块与VGA显示模块相连接。

作为本发明的一种优选方案，所述相机控制模块采用LVDS信号传输数据，FPGA发出的CMOS/TLL控制信号经由Cameralink接口器件转换成LVDS信号，接收端配套器件进行解调，将4路LVDS数据流转换为24位图像数据和4位同步信号。

作为本发明的另一种优选方案，所述直方图统计模块采用双口RAM作为储存器来储存直方图统计结果；双口RAM的地址宽度设置为8bit；在第一个时钟根据Vdatain的值，读出RAM1中相应地址的值rdata，在第二个时钟把接收来的灰度值作为直方图统计的地址，将读出的值rdata加1，写入RAM1，RAM2的该地址中；此后反复这个过程，完成一帧图像的直方图统计。

进一步地，本发明所述RAM2是只对直方图双端口RAM进行单端口写操作，另一个端口留给最优窗口确定进行异步读操作用，这样做避免了对直方图双端口RAM的读端口复用。

本发明的有益效果是。

本发明采用采用基于插值的分段拉伸算法。首先将彩色RGB图像转换为HSV空间，在该空间，对图像直方图进行基于差值的分段拉伸处理，以达到对图像增强的目的;经过该方法增强后的图像，细节信息更加丰富，图像的清晰度得到改善，图像的视觉质量也得到明显提高;经过该算法增强后图像的灰度平均梯度值为直方图均衡化算法的1.95倍;应用现场可编程门阵列（FPGA）为中央处理器，通过并行处理结构及流水线技术，完成图像空间的转换和图像的实时增强算法，简化了系统设计，使处理系统硬件更加紧凑，运行更加可靠。

本发明给出了主要功能模块的实现方法，经现场调试，可完成每秒30帧×1024×1024×24bit数据的处理，与直方图均衡化等传统图像增强算法相比，该算法计算时间缩短了0.807ms。本发明系统具有集成度高、图像处理速度快和实时性强等特点。

附图说明

图1是本发明一种彩色图像的FPGA实时增强系统结构框图。

具体实施方式