[發明專利]一種基于FPGA的彩色圖像增強方法

有效

• 申請號: 201910542629.1
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110276733B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 楊瑞琪;王康;楊依忠;解光軍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/90
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明專利涉及一種基于FPGA的彩色圖像增強方法，首先將彩色圖像的灰度值分離出來，然后根據彩色圖像的灰度值平均值來判斷圖像的暗亮情況；接著采用不同的閾值調節參數以及自適應地二次函數來對圖像的灰度值進行調整，最后恢復成彩色增強圖像。本發明過程充分考慮了硬件上的易實現性并且在FPGA上實現，最終所得到的圖像重點更加突出，層次感更加強烈，達到了圖像增強的預期良好效果。

技術領域

本發明屬于圖像增強技術領域，涉及一種基于FPGA的彩色圖像增強方法。

背景技術

圖像增強是數字圖像處理中用于改善圖像質量以及圖像視覺效果的一種方法。圖像增強可以使得圖片更加清晰，細節部分更加突出。經過改善后的圖像可以改善人眼的視覺觀感，因此，其在醫療、城市交通、視頻監控及圖像去霧等領域都有著廣泛的應用。近年來，現場可編程門陣列FPGA(Field-Programmable Gate Array)在實時數字圖像處理中的應用越來越廣泛，一些FPGA器件不僅提供了豐富的邏輯資源，還內置了大量片內存儲器(Block RAM)和專用的數字信號處理DSP(Digital Signal Processing)模塊，為硬件實現本發明提供了條件。

圖像增強主要分為空間域和頻域這兩大類。頻域圖像增強的基礎是傅里葉變換和濾波技術，所以，基于頻域的圖像增強硬件實現相對復雜。空間域圖像增強的基礎是灰度級映射變換和模板卷積，易于通過硬件實現。一類基于空間域的圖像增強算法是直方圖均衡化法，直方圖均衡化法是將原圖中的圖像灰度值進行重新分配后形成新的灰度值組，從而實現了對比度的增強。這種方法的優點就是計算簡單、容易實現。但是，該方法可能會造成圖像細節丟失、失真以及過曝等問題。

另一類基于空間域的圖像增強算法是灰度變換法，該方法通過線性函數、對數函數以及分段函數等函數模型將原圖中圖像灰度值進行拉伸調節從而達到圖像增強的作用。但是，該方法中如果函數模型設計不合理則會出現圖片過暗或者過亮的現象，導致圖像增強效果不理想。對于常用的RGB格式的彩色圖像，如果直接對圖像的RGB分量進行增強處理，可能會出現圖像失真的情況。為了避免這種情況的發生，在對圖像進行增強處理之前，可把R、G、B分量轉化為Y、Cb、Cr分量，因為色度信號Cb、Cr和亮度信號Y是分立的。所以，只要對亮度信號Y分量進行調節，然后再將調節后的Y分量與原Cb、Cr重新轉化成R、G、B格式的圖像即可得到改善后的圖像。

因此，本領域亟待提出效果更好的基于FPGA的彩色圖像增強方法。

發明內容

本發明的目的在于針對灰度線性變換法中的缺點和不足，提供一種基于FPGA的彩色圖像增強方法，利用提出的二次函數將原圖像中每一個像素點的亮度值Y進行改變，然后再與原圖像的Cb、Cr合并并恢復成RGB圖像，具有較好的實用性，在保證圖像不失真的條件下，有效提升了圖像的對比度，提出的方法能適用于各種亮度下的圖像增強領域。

本發明所采用的技術方案是一種基于FPGA的彩色圖像增強方法，包括以下步驟：

步驟a，輸入原彩色圖像，將原圖像的R、G、B分量按照式1轉化為Y、Cb、Cr分量，

利用圖像的亮度分量Y計算出整個圖像的平均亮度Y_th，根據平均亮度Y_th按照式2來給圖像亮度分級。同時，得到圖像中亮度最大值b和亮度最小值a；

步驟b，根據步驟a中對圖像亮度的不同分級，確定不同情況下圖像的調節閾值Q，如式3所示；

步驟c，將步驟a中得到的圖像亮度最大值b、亮度最小值a和步驟b中得到的圖像調節閾值Q帶入調節式4中：

其中，x是原圖像中每個像素點的亮度值，f(x)是經過二次函數調整過后的每個像素點的亮度值。