[发明专利]直方图均衡化图像处理的VLSI实现系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术，特别涉及一种基于统计特性修正的直方图灰度均衡的VLSI(超大规模集成电路)实现系统及方法

背景技术

直方图反映的是图像的灰度分布信息，因此，直方图常用于图象处理中对图像进行分析处理，实现灰度调节和阈值产生。目的在于：实现二值化处理的阈值产生，选择适合的阈值对图像进行二值化。实现图像分割中的阈值产生。提取图像中的有效部分，对感兴趣的图像内容进行提取。由于使用的目的不同，直方图在阈值产生方面是经典的使用方式。

现有的用于指纹识别的直方图实现系统多采用软件方式来实现：

一种是基于PC/Server的自动指纹验证系统(AFIS：AutomatedFingerprint Identification Systems)，利用PC/Server CPU的强大计算能力，使用软件实现对整个指纹图像进行遍历，再在此基础上对灰度值进行分布分析，实现直方图均衡处理。主要用于大型、非实时的使用场合。适用于专业性比较强的领域，使用、维护成本高昂。由于成本、用户接口的限制，使用方式在消费类电子领域使用不实用。

还有一种是基于嵌入式CPU(如：ARM、MIPS等)的嵌入式系统的AFIS，采用基于实时操作系统的软件处理系统实现对指纹图像的处理。这种嵌入式系统的AFIS处理能力和速度比ASIC慢，由于嵌入式CPU和实时操作系统以及嵌入式软件的开发成本比较高，使指纹识别系统不能的得到大量的使用。但是使用界面友好，适用于消费类电子产品，但是由于开发成本不能够大量推广，这也是当前指纹市场面临的问题。

现有的指纹识别的直方图处理方法，一种是采用基于全局的直方图分析方式，对整个指纹图像进行处理和分析。

由于在指纹识别系统中的指纹采集环境复杂和各类传感器对手指的信号转化一致性差的原因，就会造成指纹图像的在采集过程中产生局部曝光不均衡，使用全局图像的直方图灰度处理的方式，会忽略图像的局部信息，对指纹图像的处理造成影响。

另一种是单一的直接采用经典的直方图均衡的处理模式。未针对指纹图像的特点进行直方图修正。

当传感器采集到的图像灰度分布未针对指纹图像的特点进行直方图修正。直接采用直方图均衡在灰度分布严重不均的情况下，会造成处理后的灰度兼并的情况，减少灰度级，使灰度信息消失，损失指纹图像的细节，影响后续操作的特征点提取。

发明内容

本发明为了解决上述问题，公开了一种基于统计特性修正的直方图灰度均衡的VLSI实现系统及方法，可以改善数字图象由于灰度分布不均造成的图像整体偏暗或偏亮的现象，完成灰度变换的处理，使图像的灰度分布合理化，更适合指纹识别的后续图像处理。

基于统计特性修正的直方图均衡化图像处理的VLSI实现系统，包括如下单元：

(1)块扫单元，包括直方图产生单元和统计特性获取单元，用于通过接受图像块数据，实现遍历图像块，完成对灰度分布的检查，构建直方图并遍历一次图像，完成图像均值的检测，遍历第二次完成对绝对均差的检测，获得图像块的统计特性均值和方差；

(2)累积分布函数单元，根据图像的直方图，对直方图的序列进行处理得到描述灰度值的概率分布的累积分布函数；

(3)均值、方差分析单元，用于比较图像块的每个像素的绝对均差，找出其最大最小值，其对应的灰度值作为阈值，对图像进行阈值分割，并对分割后的图象分别建立灰度映射；

(4)映射表，包括归一化累积分布函数单元和灰度映射函数单元，对累积分布函数进行规范化处理，建立直方图均衡的灰度映射序列表，建立灰度映射函数；

(5)灰度映射函数的修正单元，用于参考统计灰度映射函数、图像最小绝对均差、均值，对直方图灰度均衡的灰度映射函数进行修正；

(6)灰度映射处理单元，用于以输入块图像的像素值为索引，查询对应的灰度值，完成图像的灰度变换。

基于统计特性修正的直方图均衡化图像处理的VLSI实现系统，还包括：

(21)噪声抑制和图像分块单元，用于将图像分割成一系列的图像小块，对图像小块进行噪声抑制处理，提高图象质量，减少后期的指纹特征点提取的难度；

(22)图象缓存读取控制器，用于完成对图像的空间访问，实时控制图像的内容，在按照一定的时间间隔将其依次送至直方图产生单元。

所述直方图产生单元还包括一灰度在0～255的寄存器，用于存储直方图。