用CPLD实现嵌入式平台上的实时图像增强

　　摘要：提出了在嵌入式平台上用CPLD实现实时图像增强算法的解决方案，并加以实现。重点讨论了经过改进的图像增强算法以及使用CPLD实现的具体方法，介绍了所采用的嵌入式平台的总体结构。
　　关键词：嵌入式CPLD实时处理图像增强
　　
　　通常，在拥有ＤＳＰ或ＦＰＧＡ的嵌入式平台上，有关图像信号处理的算法部分都由ＤＳＰ和ＦＰＧＡ完成。但是相对于标准的ＰＣ平台来说，嵌入式平台的资源有限得多，而且由于成本的原因，中央处理器的速度也通常无法与ＰＣ相比。因此，在ＰＣ机上用软件可以轻易实现的图像处理算法，完全移植到嵌入式平台上就要颇费一番周折了。
　　
　　为了达到实时图像处理的目的，除了最大限度地发挥中央处理器的图像处理能力外，还需要合理地分配任务。ＤＳＰ芯片的优势在于乘除运算的能力，由于其特殊的流水线结构和处理单元，大部分ＤＳＰ都能在单周期内完成在ＰＣ上需若干个周期才能完成的乘法运算，所以在进行诸如ＦＦＴ、ＤＣＴ等运算时优势明显；相反在进行简单的加减运算时，由于时钟频率和总线宽度都无法与ＰＣ机相比，效率不高。因此，如果能用硬件实时实现这些相对简单却又繁琐的运算，就可以大大提高系统的总体性能。
　　
　　１改进的图像增强算法
　　
　　图像增强是图像处理中用于改善图像质量以及图像视觉效果的一种方法。在ＤＳＰ平台上采用直方图均衡实现实时图像增强是一种常用的方法。对一幅连续图像，其具有灰度Ｇ的阈值面积（所有轮廓线所包围的面积）为Ａ（G），则其直方图Ｈ（G）定义为：
　　
　　Ｈ(G)=lim[A(G+ΔG)-A(G)/ΔG=d/dcA(G)，
　　
　　ΔＧ→０
　　
　　对于数字图像，G为整数，A（G）表示灰度值大于等于G的象素个数，当ΔG=1,H（G）=A(G+1)-A(G)。
　　
　　如果对A（G）做一次系数为Gm/A0的比例变换，Gm表示灰度的最大值，A0表示图像的面积（在数字图像中为象素总数）。这就是种线性直方图均衡。这种直方图均衡的具体实现如下：
　　
　　（1）对于图像{Pi,j|i=1,2,...，n;j=1,2,...,m}，就灰度G,G=0，1，...255，求出直方图H（G）；
　　
　　（2）由A（G+1）=A(G)+H(G)求出阈值面积A（G），G=1,2,...，255；
　　
　　(3)求出变换后的灰度分度值hnew(G)=255A（G）/A0,A0=nm；
　　
　　（4）Pij=hnew(Pij)。
　　
　　借助ＬＵＴ，可使运算以最快速度实现。
　　
　　考察直方图均衡的实现过程可以发现，这是一种有限区间内的单调变换。从其频域特性看，直方图均衡改变了已有频率成分的分布，使它们分布得更加均匀，但并不增加新的频率成分。直方图均衡对于彩色（灰度）值集中在低端的图像，可起到较明显的视觉改善作用。但对于那些色彩分布很不均匀、频带较窄，特别是整体偏亮的图像，效果就不明显了。
　　
　　本文采用一种新的图像增强方法，将对图像的边缘增强处理与均衡结合起来，并且这些运算最终可由硬件实现。
　　
　　对于连续图像Ｐ，其局部边缘可由对应空间梯度的幅值，取其一阶近似ΔＰｉ,j=2Pi,j-Pi,j-Pi-1,j，可得图像{Pi,j|i=1,2,...,n;j=1,2,...,m}在（i,j）的边缘信息。
　　
　　如果不计Pi,j的取值

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