精品博文直方图均衡及其FPGA实现

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之前写过直方图均衡的matlab和Verilog代码，最近做了总结，跟大家分享分享，从以下几方面来说：

1) 直方图均衡事理

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2) 灰度图像均衡的Matlab代码

（图片来自网络侵删）

3) 彩色图像如何均衡

4) 直方图均衡的FPGA实现方法先容

1. 直方图均衡(histogram equalization)事理

直方图是指图像中各个灰度级霸占的像素点个数，直方图均衡化是指利用累积分布函数对图像直方图进行调度其目的是增加图像的动态范围，进而增强图像的比拟度，直不雅观上，如果一幅图像方向于霸占全体可能的灰度级并且分布均匀，则该图像具有较高比拟度，利用累积分布函数对直方图进行调度的终极目标便是使图像直方图尽可能霸占全体灰度级。

把稳两个问题：

1) 在处理过程中，应担保处理前后，较暗的区域依旧较暗，较亮的区域依旧较亮。

2) 直方图均衡处理仅仅依赖一幅图像的直方图信息就可以完成。

2. 灰度图像均衡的Matlab代码

Matlab库中有现成的直方图均衡函数histeq，但这是针对8bit图像的，如果图像为更高精度的10bit、12bit、14bit，乃至16bit，我们就须要自己写代码了，并且如果想要移植到FPGA上实现，也须要自己写代码。
下面以函数的形式给出直方图均衡的matlab代码(将下面代码保存到histogram_8bit.m文件，调用即可)。
仔细理解代码，会深刻理解前面所说的直方图均衡的终极目标。

function imOut = histogram_8bit(imPri) %imPri为8bit灰度图像 I = imPri; [height,width] = size(I); s = zeros(1,2^8); figure(1); subplot(2,2,1); imshow(I); %显示原图像 title('原图像'); subplot(2,2,2); imhist(I); %显示原图像hist title('原图像hist'); %%实现统计 for i = 1:1:height for j = 1:1:width s(I(i,j)+1)=s(I(i,j)+1)+1; end end p = zeros(1,2^8); %%得到累积分布 p(1) = s(1); for i = 2:1:2^8 p(i) = p(i-1)+s(i); end %%得到累积分布概率 c = p / (heightwidth); c = uint8((2^8-1).c+0.5); %%实现映射 for i = 1:1:height for j=1:1:width I(i,j)=c(I(i,j)+1); end end subplot(2,2,3); imshow(I); %显示均衡后图像 title('均衡后图像'); subplot(2,2,4); imhist(I); %显示均衡后图像hist title('均衡后图像hist'); imOut = I;

3. 如果处理的图像为彩色图像，该怎么处理呢？我之前也是不明白，后来得到别人指示才弄清楚。
先将RGB分量转化为Ycbcr，即一个强度分量Y，两个色差分量cb和cr，再对Y作均衡，cb和cr不处理，均衡完成后再将YUV分量转化为RGB分量

Matlab代码如下：

clear; close all; imIn = imread('birdNest1.JPG'); % im1 = imIn(0:1500,:,:); imYcbcr = rgb2ycbcr(imIn); imYcbcr(:,:,1) = histogram_8bit(imYcbcr(:,:,1)); imOut = ycbcr2rgb(imYcbcr); subplot(1,2,1); imshow(imIn); subplot(1,2,2); imshow(imOut);

从图中可以看出，动态范围得到了增强，但是色彩没那么自然。
放大后效果图

4. 直方图均衡的FPGA实现方法先容

利用FPGA进行直方图均衡，紧张的问题在于数据处理的实时性，一样平常情形下，利用上一帧图像的信息得到累积分布关系，来映射当前帧图像，想明白了这个问题，实现起来就随意马虎了许多。

我的设计中，利用片上sram来存储图像直方图信息。
首先，根据图像大小及位宽打算所需占用的sram大小。
对付1024768，8bit图像，共有786432个像素点，灰度级为256级，需利用20bit位宽深度的sram来存储直方图信息，占用sram空间大小为256202=51202bit=10Kb，乘以2是由于利用乒乓操作，在帧有效期间，Memory1实现统计，Memory2实现映射，在帧消隐期间，Memory1实现累计，Memory2实现清零。

图像大小及位宽

像素个数

Sram位宽

占用空间

640480 8bit

307200

9.5Kb

800600 8bit

480000

9.5Kb

1024748 8bit

786432