基于FPGA的图像直方图均衡化处理verilog实现,包含tb测试文件和MATLAB辅助验证

1.算法运行效果图预览

FPGA的仿真图如下：

 

 

 

将数据导入MATLAB，对比结果如下：

 

 

2.算法运行软件版本

MATLAB2022a

 

vivado2019.2

 

3.部分核心程序

 

 

?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

`timescale 1ns / 1ps // // Company: // Engineer: // // Create Date: 2023/01/19 01:47:15 // Design Name: // Module Name: im2bw // Project Name: // Target Devices: // Tool Versions: // Description: // // Dependencies: // // Revision: // Revision 0.01 - File Created // Additional Comments: // //    module im_hist(             input i_clk,                 input i_rst,                                input i_image_en,             input i_image_end,             input[7:0] i_image,                        output o_en_eq,             output[7:0] o_image_eq                  );              wire      en_hist; wire[7:0] w_hist;   //直方图 hist hist_u(        .i_clk      (i_clk), .i_rst      (i_rst), .i_image    (i_image[7:0]), .i_image_en (i_image_en), .i_image_end(i_image_end), .o_hist_en  (en_hist), .o_hist     (w_hist) );         //均衡输出 hist_eq hist_eq_u(      .i_clk      (i_clk), .i_rst      (i_rst), .i_hist_en  (en_hist), .i_hist     (w_hist[7:0]), .i_image_en (i_image_en), .i_image    (i_image[7:0]), .o_image_en (o_en_eq), .o_image    (o_image_eq) );         endmodule    0X_036m

　　

 

 

4.算法理论概述

       图像直方图均衡化是一种图像处理技术，旨在改善图像的全局对比度，通过重新分配图像的像素值，使得图像的直方图更加均匀。对于灰度的分布更加平滑，图像的视觉效果更佳。这一过程特别适用于那些整体偏暗或偏亮、对比度不足的图像。

 

原理

 

灰度直方程分布： 首先，计算原图的灰度直方程H(r)，它表示每个灰度级的像素数。对于8位图像，灰度级从0到2555，H(i)表示灰度i的像素数。

 

累积分布： 接下来，计算累积分布H'(r)，对H累加和，反映每个灰度累积像素数，直到当前灰度。

 

映射变换： 基于H'，对每个像素灰度i映射到新的灰度j，使得新映射后的直方程更均匀。映射函数查找表实现此映射变换。

 

FPGA实现： 在硬件上，FPGA可编程增益器设置为每个通道的增益，对应映射表的增益系数。这样，原图像的每个像素经PGA后，通过查表映射到新的灰度，实现均衡化。