对比度拉伸：对数对比度拉伸

20130916

By CrazyBingo

对比度拉伸有很多种方法，这里介绍对数对比度拉伸的方法，通过Matlab与Verilog的移植思路结合来阐述这一算法。

简单的说对比度拉伸与直方图均衡同一概念，就是为了像素均衡分度，使得亮的更亮，暗的更暗，图像更加的细腻！

首先为了验证先生称一张灰度简便图像，如下所示：

IMG1 = zeros(256,256);

for m = 1:256

    IMG1(m,m) = m;

    for n = (m+1):256

        IMG1(m,n) = n-1;

        IMG1(n,m) = IMG1(m,n)-1;

    end

end

subplot(1,2,1);

imshow(uint8(IMG1));

对数对比度拉伸算法如下所示（有很多种，这是其中一种）：

其中r为原来图像的数据，S为拉伸后的数据，Threshold为阀值，而E为对数。由于目标图像为0-255的灰度图像，因此最后乘了一个255的因子！

应用该算法，取阀值为127，E=5，Matlab算法如下：

IMG1 = double(IMG1);

IMG2 = zeros(256,256);

for i = 1:256

    for j = 1:256

        IMG2(i,j) = (1./(1 + (THRESHOLD./IMG1(i,j)).^E)) * 255;

    end

end

subplot(1,2,2);

imshow(uint8(IMG2));

最终拉伸后的图像如下所示：

可见黑色更黑了，同时白色也更白了，整个图像按照对数拉伸了。

为了更好地理解，画出了该对数的函数，如下所示（红色）：

最后，为了验证算法，同对灰度图像处理，得到了如下结果（左边为原图，右边卫处理后的图像）：

但是，这还不够，为了便于FPGA的移植，我们不可能采用浮点操作来实现对数函数的算法的！！！为了便于移植，我们用Matlab生成一位数组来移植到FPGA的ROM中！！

由于本人擅长偷懒，因此多谢了几行代码，直接将对数对比度拉伸生成函数，添加了文件系统，直接生成了Mif或者verilog直接可调用的文件，代码如下所示：

% -----------------------------------------------------------------------

clear all;  %清除Matlab缓存数据

THRESHOLD = 255*0.5;

E = 5;

fp_gray = fopen('C:\Users\Administrator\Desktop\Grave_Contrast_Array.v','w');

fprintf(fp_gray,'//Gray THRESHOLD = %f, E = %f\n', THRESHOLD, E);

fprintf(fp_gray,'module Grave_Contrast_Array\n');

fprintf(fp_gray,'(\n');

fprintf(fp_gray,'   input\t\t[7:0]\tPre_Data,\n');

fprintf(fp_gray,'   output\treg\t[9:0]\tPost_Data\n');

fprintf(fp_gray,');\n\n');

fprintf(fp_gray,'always@(*)\n');

fprintf(fp_gray,'begin\n');

fprintf(fp_gray,'\tcase(Pre_Data)\n');

Gray_ARRAY = zeros(1,256);

for i = 1 : 256

    Gray_ARRAY(1,i) = (1./(1 + (THRESHOLD./(i-1)).^E)) * 255;

    fprintf(fp_gray,'\t%03d:    Post_Data = %03d; \n',i-1, uint16(Gray_ARRAY(1,i)));

end

fprintf(fp_gray,'\tdefault:Post_Data = Pre_Data;\n');

fprintf(fp_gray,'endcase\n');

fprintf(fp_gray,'end\n');

fprintf(fp_gray,'\nendmodule\n');   

fclose(fp_gray);

然后在桌面生成了Grave_Contrast_Array.v的verilog文件，接口调用极其方便，打开如下：

最后，在Verilog中移植，如下：

//------------------------------------

wire [9:0] CCD_Post_Data;

Grave_Contrast_Array u_Grave_Contrast_Array

(

.Pre_Data (CCD_Din),

.Post_Data (CCD_Post_Data)

);

然后，然后你们都懂了。。。。