基于FPGA的视频图像直方图均衡 图像处理 图像增强 VGA对比度增强CLAHE

基于FPGA的视频图像直方图均衡 图像处理 图像增强 VGA对比度增强CLAHE
本设计是基于FPGA的视频图像直方图均衡，实现的效果是可以实时地将摄像头采集的图像进行直方图均衡，具体过程是FPGA控制摄像头采集环境图像，然后数据一路送给SDRAM缓存，另一路放到直方图均衡模块，接着从SDRAM读取出缓存的数据也送到直方图模块进行均衡，最后将直方图模块的输出通过VGA进行显示。

第一张图：将摄像头采集到的图像数据直接通过VGA显示出来，不经过任何处理过程。

第二张图：将图像数据使用直方图均衡技术进行均衡，然后均衡后的结果通过VGA显示出来，通过与第一张图进行对比可以看到增强效果非常明显。

当然你可能会问为什么均衡前后的图像都与原图差距这么大，这主要是因为使用的摄像头比较廉价，只有30W像素。
第三张图：用于FPGA仿真的测试图。

前面的两张图是实际板子得到的图像，从现在开始我们从理论仿真验证程序是不是对的，不仅要动手能力好，还要理论水平高。

第四张图：PDF建立图。

直方图均衡可以大致分成三步，概率密度函数（或者说频数）PDF建立阶段，累积分布函数CDF建立阶段，查询CDF用于均衡阶段。

这张图展示的是PDF是怎么建立起来的，也就是看在遍历图像所有像素点时，对用灰度值的频数是否会自动加1. 即 PDF[val] = PDF[val] + 1

第五张图：CDF建立图。

这个图是表示在一张图像遍历结束后通过CDF[0] = PDF[0]; CDF[val] = CDF[val – 1] + PDF[val], val > 0 建立CDF。

第六张图：CDF查询图。

当CDF有了之后就可以输入一个灰度值然后映射一个新的灰度值并输出了。

第七张图：FPGA建立的CDF表。

与下面的Matlab建立的CDF进行比较，看是否是一样的，也就是看FPGA的程序有没有问题。

第八张图：Matlab建立的CDF表。

我们把Matlab的CDF当做理论值，如果FPGA的CDF表与Matlab的一样，那么说明程序正确，否则FPGA程序出错了。

经过对比可以看到FPGA的CDF表完全正确。

第九张图：FPGA与Matlab处理结果的对比图。

用FPGA得到的效果图与Matlab得到的效果图之间所有像素点的像素值差异要么是0，要么是1，这个误差主要是在均衡时产生的，因为FPGA在灰度映射时的精度没有Matlab高，所以会有一点点误差，不过这个误差是在允许范围内。

因此可以看出FPGA的程序完全正确。

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