[发明专利]一种基于FPGA的实时图像自适应增强系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的实时图像自适应增强系统及方法。属于图像增强处理领域。

背景技术

近年来，图像增强技术广泛用于生物医学、机器视觉、遥感航天领域。其中，获得高品质的实时图像是一个难点，主要因素有：在图像的产生过程中，不可避免的由于环境、光照、运动、曝光等因素，影响图像的质量；随着图像分辨率和帧频的提高，图像数据量越来越大，图像的实时性处理难度增加。因此，频率域图像增强方法，这些需要存在域之间变换和反变换、计算复杂的方法难以满足实时性要求。

针对实时图像自适应增强，比较常用方法有直方图均衡化和分段线性变换法。直方图均衡法的优点是能自动地增强整个图像的对比度，但它的具体增强效果不易控制，往往在增强目标的同时，也增强了背景和噪声，并且可能出现大量灰度合并的现象。而分段线性变换法算法简单，它的形式可以任意组合，适应性强。但是分段线性变换法需要较多的用户输入，以便确定分段区域、比例系数，获得最佳增强效果。

目前国内，针对分段线性变换法，发表的文献有《红外技术》的《基于FPGA的红外图像自适应分段线性增强算法》和《光电子技术》的《一种红外测量图像自适应分段线性灰度变换方法》。此类技术主要采用三段线性增强方法，把一幅图像分成三部分，灰度级较高的目标、灰度较低的背景和介于背景和目标的过渡区域，对目标区域进行拉伸，对背景区域进行压缩，对过渡区域不拉伸。此类方法对红外图像取得了较好的效果，但是对可见光等其它类型图像，适应性不好，况且如果图像目标区域已经很亮，继续采用此类方法，对目标区域进行拉伸，效果将变差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术中，一幅图像采用，对目标区域进行拉伸，对背景区域进行压缩，对过渡区域不拉伸。这种三段线性增强方法适应性不强，对过亮区域处理失效的问题，提供了一种基于FPGA的实时图像自适应增强系统及方法，不仅能够对不同类型图像进行有效增强，而且对偏暗图像进行增强，对偏亮图像进行减弱，达到了自适应增强效果。

本发明的技术解决方案是：一种基于FPGA的实时图像自适应增强系统，包括Y分量变换模块、统计直方图模块、计算比例系数模块、数据转换模块、图像插值模块、YUV变换模块、缓存延时模块、分段线性变换模块，在FPGA中能实现。

外部传感器将采集的Bayer格式图像数据，包括多比特数据、1bit场同步信号和1bit行同步信号，分别送至数据转换模块和Y分量变换模块；

Y分量变换模块，根据1bit场同步信号和1bit行同步信号，将外部传感器采集的Bayer格式图像以2x2像素为单元，进行Y分量变换，得到Y分量、Y分量变换后的场同步信号、Y分量变换后的行同步信号，变换公式如下：

Y＝0.299×R+0.587G+0.114B

式中的R为2x2像素中的一个红Red分量，G为2x2像素中两个绿Green分量的均值，B为2x2像素中的一个蓝Blue分量；

将Y分量变换后得到的Y分量、Y分量变换后的场同步信号、Y分量变换后的行同步信号，送至统计直方图模块；

统计直方图模块，根据Y分量变换后的场同步信号、Y分量变换后的行同步信号，把Y分量变换后的Y分量的灰度值分成5段区域，分别是[0,50]、(50,100]、(100,150]、(150,200]、(200,255]，统计[0,50]区域的Y分量像素个数为R1，统计(50,100]区域的Y分量像素个数为R2，统计(100,150]区域的Y分量像素个数为R3，统计(150,200]区域的Y分量像素个数为R4，统计(200,255]区域的Y分量像素个数为R5，然后把[0,50]区域的Y分量像素个数为R1、(50,100]区域的Y分量像素个数为R2、(100,150]区域的Y分量像素个数为R3、(150,200]区域的Y分量像素个数为R4、(200,255]区域的Y分量像素个数为R5，送至计算比例系数模块；

计算比例系数模块，根据[0,50]区域的Y分量像素个数为R1、(50,100]区域的Y分量像素个数为R2、(100,150]区域的Y分量像素个数为R3、(150,200]区域的Y分量像素个数为R4、(200,255]区域的Y分量像素个数为R5，按照线性比例关系，产生[0,50]区域的比例系数K1、(50,100]区域的比例系数K2、(100,150]区域的比例系数K3、(150,200]区域的比例系数K4、(200,255]区域的比例系数K5，线性比例关系公式如下：

其中0≤b＜1，n＝1,2…5