基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法包括：对整个视频图像各个像素点的灰度值进行统计计算，以得出整个视频画面的灰度补偿值；对视频图像每个像素的灰度值与灰度补偿值作出差值，根据相应的对比度级数对差值进行线性调节，以改变整体画面的明暗对比程度。该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法克服了现有技术中的问题，去除视频图像中背景部分的影响，而对其他重要的图像细节进行线性调节。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法
本专利技术涉及基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法。
技术介绍
在工程实践中，人们常使用的分辨率较低的摄像头以及医学成像得到的视频图像，由于本身及成像条件的限制，图像的对比度很低，因此对比度增强算法在这些方面显得很有必要。人眼对高频信号(边缘)比较敏感，但是如果高频信号嵌入在大量的低频背景和噪声信号中，其视觉可见性会降低，此时适当提高高频部分能够提高视觉效果。这就是工程中图像对比度增强算法的最终目的。而目前比较广泛使用的全局图像对比度增强方法是尽量把灰度调整的分布均匀，尽量避免出现较高的尖峰和较大的灰度空档。这是因为这些算法不知道要增强哪些部分的灰度，也不知道要去抑制哪些部分的灰度。它将所有的灰度都调整到较为均匀的分布，必然造成一种结果——某一部分灰度的增强必然意味着另外一部分灰度的压缩，可能是细节的增强和提升，也有可能是背景被增强造成背景噪声放大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法克服了现有技术中的问题，去除视频图像中背景部分的影响，而对其他重要的图像细节进行线性调节。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法包括：对整个视频图像各个像素点的灰度值进行统计计算，以得出整个视频画面的灰度补偿值；对视频图像每个像素的灰度值与灰度补偿值作出差值，根据相应的对比度级数对差值进行线性调节，以改变整体画面的明暗对比程度。优选地，通过如下公式得到调节后的像素的灰度值：Y＝k*(X-λ)+λ；其中，X为调节前像素的灰度值，Y为调节后的像素的灰度值，k是基于对比度级数的调节系数(k>0)，λ为灰度补偿值。优选地，λ的取值范围为0-255。优选地，λ的计算方法包括：假设一幅图像中像素点的灰度值表示为x(i,j),那么以(i，j)为中心，窗口大小为(2n+1)*(2n+1)的区域内，其均值可以表示为：其中窗口大小根据实际输入视频图像的分辨率而定；整个视频图像的灰度均值就是我们所需要的灰度补偿值。根据上述技术方案，本专利技术不会增加硬件的复杂度，在原有硬件基础上，通过改进FPGA算法逻辑，实现视频图像对比度适应性调节的功能。同时上述调节对比度算法，不仅可以在避免图像背景影响的前提下实现对图像细节线性调节从而达到良好的视频图像显示效果，而且可以对于外部输入视频图像进行实时动态地调整。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是说明本专利技术的一种FPGA调节视频图像对比度的基本架构的结构框图；图2是说明本专利技术的一种FPGA调节视频图像对比度的总体结构框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法包括：对整个视频图像各个像素点的灰度值进行统计计算，以得出整个视频画面的灰度补偿值；对视频图像每个像素的灰度值与灰度补偿值作出差值，根据相应的对比度级数对差值进行线性调节，以改变整体画面的明暗对比程度。根据上述技术方案，本专利技术不会增加硬件的复杂度，在原有硬件基础上，通过改进FPGA算法逻辑，实现视频图像对比度适应性调节的功能。同时上述调节对比度算法，不仅可以在避免图像背景影响的前提下实现对图像细节线性调节从而达到良好的视频图像显示效果，而且可以对于外部输入视频图像进行实时动态地调整。在本专利技术的一种具体实施方式中，通过如下公式得到调节后的像素的灰度值：Y＝k*(X-λ)+λ；其中，X为调节前像素的灰度值，Y为调节后的像素的灰度值，k是基于对比度级数的调节系数(k>0)，λ为灰度补偿值。在本专利技术的一种具体实施方式中，λ的取值范围为0-255。在本专利技术的一种具体实施方式中，λ的计算方法包括：假设一幅图像中像素点的灰度值表示为x(i,j),那么以(i，j)为中心，窗口大小为(2n+1)*(2n+1)的区域内，其均值可以表示为：其中窗口大小根据实际输入视频图像的分辨率而定；整个视频图像的灰度均值就是我们所需要的灰度补偿值。输入数据同步模块采用异步FIFO，采用外部输入时钟作为FIFO的输入时钟，用FPGA内部时钟作为FIFO的输出时钟，这样能避免用内部时钟直接采样会出现亚稳态，导致采集的视频数据错误。此模块输出的信号作为对比度算法模块的输入。通过FPGA的实现方式如下：(1)引入灰度补偿值λ的FPGA调节视频图像对比度的方法是基于计算公式Y＝k*(X-λ)+λ；其中X为调节前像素的灰度值，Y为调节后的像素的灰度值，k是基于对比度级数的调节系数(k>0)，λ为灰度补偿值。(2)该方法是对视频画面每个像素的灰度值与补偿值作出差值(X-λ)，再对这个差值进行一定比例的调节，再与补偿值求和，得到调节后的像素的灰度值。这样调节的实际效果，就是对整体画面的明暗差异进行线性调节。当调节系数k<1时，整个视频图像的明暗差异程度相对于原输入图像来说是变小的；当调节系数k>1时，整个视频图像的明暗差异程度相对于原输入图像来说是变大的；当调节系数k＝1时，整个视频图像的明暗差异程度相对于原输入图像来说是一样的。(3)在算法中灰度补偿值λ的取值范围为(0～255)，其具体计算方法为：假设一幅图像中像素点的灰度值表示为x(i,j),那么以(i，j)为中心，窗口大小为(2n+1)*(2n+1)的区域内，其均值可以表示为：其中窗口大小根据实际输入视频图像的分辨率而定。整个视频图像的灰度均值就是我们所需要的灰度补偿值，实际近似的理解为整个视频图像的背景。因此，该算法的重点部分就是，去除整个视频图像中背景部分的影响，而对其他重要的图像细节进行线性调节，从而凸显出该部分细节，最终达到我们调节对比度的最终目的。此模块将处理后的数据输出给LCD，同时生成驱动LCD的相关时序，确保提供正确的数据和时序给LCD正常显示。此模块接收对比度算法模块输出的数据，输出数据和时序直接连接到LCD。以上结合附图详细描述了本专利技术的优选实施方式，但是，本专利技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本专利技术的技术构思范围内，可以对本专利技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本专利技术的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本专利技术对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本专利技术的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本专利技术的思想，其同样应当视为本专利技术所公开的内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，其特征在于，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法包括：对整个视频图像各个像素点的灰度值进行统计计算，以得出整个视频画面的灰度补偿值；对视频图像每个像素的灰度值与灰度补偿值作出差值，根据相应的对比度级数对差值进行线性调节，以改变整体画面的明暗对比程度。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，其特征在于，该基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法包括：对整个视频图像各个像素点的灰度值进行统计计算，以得出整个视频画面的灰度补偿值；对视频图像每个像素的灰度值与灰度补偿值作出差值，根据相应的对比度级数对差值进行线性调节，以改变整体画面的明暗对比程度。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的视频图像对比度适应性调节方法，其特征在于，通过如下公式得到调节后的像素的灰度值：Y＝k*(X-λ)+λ；其中，X为调节前像素的灰度值，Y为调节后的像素的灰度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奇，陈召全，孙佳伟，王竞，李斌，黄亚坤，
申请(专利权)人：中航华东光电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34