关键字 |
| FPGA, Xilinx ISE,数字图像处理,提高,Matlab和Verilog-HDL。 |
介绍 |
| 数字图像处理起着至关重要的作用在遥感数据的分析和解释。特别是从医学和卫星遥感数据,在数字形式,最好可以利用数字图像处理的帮助下。图像增强和信息提取是数字图像处理的重要组成部分。图像增强技术帮助改善图像的任何部分或功能的可见性。 |
| 图像增强过程有不同的技术来提高图像的视觉外观。与此同时,图像增强是指为改善图像的外观越来越占主导地位,一些功能或通过减少图像的不同区域之间的歧义。增强方法大致可以分为以下两类: |
| 1。空间域方法 |
| 2。频域方法 |
| 空间域技术,直接处理图像像素。像素值操纵达到预期的增强。在频域方法,图像首先转移到频域。这意味着,首先计算图像的傅里叶变换。增强操作都进行的傅里叶变换图像,然后进行傅里叶反变换得到合成的图像。8位数字灰度图像的像素值在0到255的范围。 |
| 数字图像处理是影响今天在某种程度上与一个非常大的区域的技术努力。数字图像处理中使用非常大的和扩大区域覆盖在多媒体应用服务、艺术、医学、太空探索、监测、身份验证、自动化行业检验和更多领域[1]。s。Sowmya、出版社、地址等图像增强算法的实现亮度控制、FPGA的对比度拉伸和直方图均衡化。实现算法的最短期限是5 ns的图像大小100 x100 [2]。Nitin Sachdeva出版社,给设计实时直方图均衡化增强电路的图像使用FPGA [3]。Varsha美国出版社,解释关于硬件实现的负面转换、阈值和对比度拉伸使用Spartan-3E董事会。和由此产生的图像显示在监视器使用vga [4]。Terek m。bittibssi出版社,建议使用FPGA算法不同的图像增强算法。中值滤波、对比度拉伸、直方图均衡化、负面形象转换和幂律转换。 All these design algorithms was implemented on cyclone-III fpga based hardware on a 100x100 size grayscale ‘Lena’ image [5]. Enhancement algorithms using Xilinx system generator (XSG) tool. In these all paper they explain different image enhancement algorithms using fpga [7] & [8]. Raman maini et.al, proposed an algorithm for image enhancement [9]. Anthony E et.al, implemented image processing algorithms on fpga hardware [10]. |
| 首先,在这里使用MATLAB图像转换为文本/系数文件。这些数据通过数字设计和处理输出数据转化为图像处理。不同的数字图像增强算法是用Verilog HDL实现的。图1显示了算法的框图。 |
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| 介绍了图像增强算法的实现包括:亮度控制、对比度拉伸,消极转换、阈值和过滤技术。为什么图像增强的例子之一是必要的是,一个图像可能会被视网膜眼底图像的医学成像的重要分析和早期发现疾病相关的眼睛.Enhancement图像需要突出的特性检测异常的眼睛。因此广泛应用于各种眼科疾病的诊断和治疗如糖尿病视网膜病变、青光眼等。本文组织如下:第三节,论述了理论实现图像增强的算法。第四部分,介绍了这些技术的硬件实现。第五部分,报告实验结果。最后,第六章提出本文的结论。 |
材料 |
| 答:斯巴达3 e |
| Xilinx XC3S500E Spartan-3E FPGA Starter Kit董事会支持各种各样的FPGA配置选项及其关键特性是232 user-I / O别针,320 -销FBGA包,Over10,000逻辑细胞,Xilinx 4 Mbit Flash平台配置舞会,64兆字节(512 Mbit)的DDR SDRAM, x16数据接口,100 + MHz, 16日兆字节(128 Mbit)的并行和Flash(英特尔地层Flash), FPGA配置存储,16 Mbit的SPI串行Flash(圣微),FPGA配置存储、2行,16位字符液晶显示屏PS / 2鼠标或键盘端口,VGA显示端口,以太网10/100 PHY(需要在FPGA以太网MAC),两个9针rs - 232端口(DTE, DCE-style),车载基于usb的FPGA / CPLD下载/调试接口,50 MHz时钟振荡器,SPI-based模拟-数字转换器(ADC) programmable-gain前置放大器Chipscop软触摸调试端口,与按钮轴旋转编码器,八个离散的led,四个滑动开关,四个按钮开关、SMA时钟输入,有四套接字为辅助时钟振荡器。 |
| b . Xilinx ISE |
| 系统实现使用Xilinx ISE 10.1,这是用于合成和处理高密度脂蛋白算法在fpga。本文地址的实现亮度控制、对比度拉伸,负变换,视网膜眼底图像的阈值和过滤技术,使用Matlab Model-sim FPGA。 |
方法 |
| 本节讨论最常用的图像增强算法的理论如1)亮度控制,2)对比度拉伸,3)-转换,4)阈值和5)过滤技术。 |
| 答:亮度控制 |
| 亮度控制是一个过程,通过添加一个常数增加每个像素的灰度值图像像素亮度较差。如果数字图像的亮度差,图像中的对象将不会被清晰可见。这是由于在低光条件下图像捕获。为了纠正这个问题,我们可以进一步增加了数字图像的亮度,使形象更有吸引力。黑暗的图像的亮度可以很容易地通过添加一个常数增加每个像素的灰度值。这种加法操作将直方图与一个常数因子对光明的一面。同时应用该方法提高图像的亮度,我们必须明智地选择常数,这样完整的灰度值在0到255的范围。如果最终任何像素的灰度值大于255,那么我们将失去的信息。 |
| 这个算法如下: |
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| b .对比度拉伸 |
| 对比拉伸试图提高图像拉伸强度值,它包含的范围,充分利用可能的值。这是拉伸是局限于一个线性映射到一个线性映射的输入输出值。如果低对比度图像结果是由于低光照条件下,缺乏摄像头传感器的动态范围,对比拉伸操作导致良好的质量形象。在对比拉伸操作期间,我们基本上增加灰度值的动态范围图像处理。一个分段变换函数是用来实现对比度拉伸。对比度拉伸算法如下: |
| J (r) ={我(r) -fmin}(不等式/ fmax-fmin) +分钟 |
| 我(r)的输入像素的灰度(r)和J (r)的灰度对比度拉伸后的输出像素(r)的过程。fmax和fmin是最大和最小输入图像的灰度值。所需的最大和最小的最大和最小灰色水平决定输出图像的灰度范围。 |
| c -转换 |
| 有许多应用程序在哪些消极的数字图像的安静的有用。例如,医学图像的显示和屏幕拍摄黑白正片和正常使用产生的消极的想法幻灯片。负的数字图像是通过使用转换函数: |
| J (r) = (l - 1) -(右) |
| L是灰色的数量水平,我(r)输入像素灰度和J (r)输出转换后的灰度。我们的想法是相反的顺序从黑到白,这样输出图像的强度会随着输入的强度增加。 |
| d .的阈值 |
| 阈值图像意味着将所有像素只有两个值。这是特殊类型的量化比较像素值与给定阈值。阈值使输出图像只有两个值是0和255 8位灰度图像。 |
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| 产生的阈值图像的黑白图像,这只有两个灰度值。 |
| e .过滤技术 |
| 像素的价值坐标(x, y)在图像增强的J (x, y)执行某些操作的结果在附近的像素(x, y)我(x, y)的输入图像。社区可以是任何形状,通常他们是矩形的。这些过滤操作删除输入图像中的噪声。 |
| (我)图像平滑:图像平滑的目的是减少相机噪声的影响,虚假的像素值、缺失的像素值等有许多不同的图像平滑技术。我们将考虑邻域平均和edge-preserving平滑。 |
| 。社区平均(平均滤波器):抵抗图像中的每个像素J (x, y)获得的平均像素值在一个社区(x, y)在输入图像。 |
例如,每个像素周围3 x3的邻居我们将使用掩码: |
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| 这里的每个像素值是乘以1/9,总结,结果放在输出图像。这个面具是先后在图像移动,直到每一个像素都淹没了。与这种平滑图像卷积的面具。 |
| b。边缘保持平滑(中值滤波):邻域平均会模糊边缘,因为图像中的高频衰减。另一种方法是使用中值滤波。在这里我们设置灰度的中位数的邻居像素的像素值。例如,假设3 x3附近的像素值(20 10年,20年,20日,15日,20日20日和25100年)。如果我们得到的值(10、15、20、20、20 | |,20岁,20岁,25100)和中值是20。 |
实现算法 |
| 的RTL实现亮度控制示意图,对比度拉伸,消极转换、阈值和平和技术解释波形: |
| 图2,图7显示了RTL图表图像增强算法实现亮度控制,对比度拉伸,和消极的变换,阈值,中位数,分别指的是算法。 |
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结果 |
| 硬件实现的图像增强算法进行了基于单一Spartan-3E fpga的家庭。用于开发和验证的软件开发工具设计Xilinx ISE 10.1版本。图像大小考虑测试是100 x100像素的分辨率灰度图像。考虑100 x100分辨率图像的原因是因为fpga的有限的内存大小。 |
| 以,图13显示了图像增强算法MODELSIM仿真结果实现亮度控制,对比度拉伸,和消极的变换,阈值,中位数,分别指的是算法。图- 14图20显示了这些算法的输出图像。 |
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结论 |
| 本文使用fpga实现高速图像增强应用程序。图像增强技术,如亮度和对比度调整很重要尤其是在医学图像。本文解释了亮度控制的实现,对比度拉伸,负变换,阈值,中值滤波和均值滤波算法在fpga上。Spartan-3E fpga上实现的算法开发工具包。这使得数字图像具有良好的亮度/对比度,改善图像的质量。这种技术用于不同的应用程序依赖于需求和需要。这些技术用于数字x光数字乳房x光检查,CT扫描、MRI等。相同的图像增强技术可以应用于RGB彩色图像而不是敌人手动和自动颜色校正灰度图像。 |
引用 |
- 直冈萨雷斯和右眼森林,一个¢数字图像ProcessingA¢,prentice hall, ISBN 0-13-094659,页1 - 142,2002。
- s . Sowmya罗伊支付、¢Fpga实现的图像增强algorithmsA¢,国际会议通信和信号处理(ICCSP),第588 - 584页,2011年2月。
- Nitinsachdeva和Tarunsachdeva¢一个基于Fpga的实时图像增强,直方图均衡化电路一个¢IJCET期”,问题1,2010年12月。
- VarshaS。Surwase和S.N.帕瓦尔一个¢Vlsi实现的图像处理算法fpgaA¢,IJEEE卷3,3号(2010),页139 - 145。
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- 卡兰库马尔,Adithyajain Atulkumarsrivastava一个¢Fpgaimplemaentation图像增强的techniquesA¢,proc。相比7502卷,750208年2009年。
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- 拉曼maini和Himanshuaggarwal¢全面审查图像增强techniquesA¢,计算机学报,volume2,问题3,2010年3月。
- Anthony E,尼尔森,¢的图像处理算法在fpga硬件实现,范德比尔特大学研究生院,2000年5月。
- 文章,¢使用fpga进行DSP图像ProcessingA¢,可以在http://www.fpgajournal.com/articles/imaging_hunt.htm。
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