基于FPGA的彩色图像增强系统

文章摘要：由图2看出，三原色是按120°分割的，青、品红和黄被称为二次色，也是按120°分割，一次色与二次色之间相隔60°。图中任给出一点Q，若以红轴作参考，则Q向量与红轴的夹角H决定其色调，而向量长度S决定其饱和度，整个平面在灰度轴上的位置决定了平面内所有点的亮度I。于是得到由RGB到HSI的转换关系：1．2．2 色饱和度增强算法HSI模型可以方便地对色调和饱和度进行调整，但是其运算比较复杂，很难用硬件来实现。不过根据其原理，可以直接在RGB空间进行色饱和度的调整。这里假设RGB立方体内任一点P(r，g，b)，容易求出其在灰度轴上的投影点P*，连接P和P*，这是一条等色调线，如图3所示。只要在P*P的

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　　由图2看出，三原色是按120°分割的，青、品红和黄被称为二次色，也是按120°分割，一次色与二次色之间相隔60°。图中任给出一点Q，若以红轴作参考，则Q向量与红轴的夹角H决定其色调，而向量长度S决定其饱和度，整个平面在灰度轴上的位置决定了平面内所有点的亮度I。于是得到由RGB到HSI的转换关系：

　　1．2．2 色饱和度增强算法

　　HSI模型可以方便地对色调和饱和度进行调整，但是其运算比较复杂，很难用硬件来实现。不过根据其原理，可以直接在RGB空间进行色饱和度的调整。这里假设RGB立方体内任一点P(r，g，b)，容易求出其在灰度轴上的投影点P*，连接P和P*，这是一条等色调线，如图3所示。

　　只要在P*P的延长线上找到合适的点(如P1或P2)，就可以对P点的饱和度进行增强。由于已知P和P*的坐标，可以求得直线P*P方程：

　　令式(6)的值为t，可求得直线P*P的参数方程：

　　则色饱和度的调整就可通过调整t的取值来实现。当t∈(-1，0)时，得到的点在P*和P之间，饱和度减弱；当t>O时，得到的点在P*P之外，饱和度增强。

　　2 设计思路

　　2．1 对比度扩展

　　用硬件实现浮点运算效率较低，这里采用查表的方法，在YCbCr空间进行灰度变换，如图4所示。

　　2．2 色饱和度增强

　　色饱和度调整在RGB空间进行，设计为流水线操作，如图5所示。

　　色饱和度增强是有针对性的，对于不同色饱和度的像素要作不同的处理。可以把一幅图像的色饱和度分为4个等级，对于色饱和度低的像素进行增强处理，而对于饱和度很高的像素则不进行处理甚至是抑制处理。图5所示是进行2级的色饱和度调整的流水线操作：第1级令t=1，运算结果若溢出则转入第2级调整(t=0．5)。若运算结果还是溢出，则输出保持原输入值(iR，iC，iB)。流水线操作使得平均每个像素的饱和度调整只需1个时钟周期就能完成，只是输入相对输出有6个时钟周期的延时。为了达到更好的效果，可以增加饱和度调整运算的级数，后果是需要占用更多的硬件资源以及带来更长的延时。

　　3 系统结构

　　该实验平台为Ahera公司的DE2开发板。系统结构如图6所示。

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