基于DSP的數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)

1、 文章編號(hào):1008-0570(200901-2-0141-02DSP 開發(fā)與應(yīng)用基于DSP 的數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)The digital picture strengthens technology with DSP（重慶工商大學(xué)）徐速XU Su摘要:本文采用目前工程中最通用的空域?yàn)V波增強(qiáng)法理論, 通過DSP 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像的增強(qiáng)處理, 使得圖像對(duì)比度變大, 目標(biāo)和背景易于分離, 對(duì)系統(tǒng)的后續(xù)操作提供工程的可實(shí)現(xiàn)性。關(guān)鍵詞:DSP; 圖像增強(qiáng)中圖分類號(hào):TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAbstract:Literary grace this until project common airspace

2、 strain wave strengthen law's theory most at present, realize, deal with through DSP to digital enhancement of picture, make the contrast ratio of the picture heavy, goal, and background easy to separate, follow-up in system can operate realizing to offer project. Key words:picture is strengthen

3、ed; DSP1基本原理圖像增強(qiáng)是指按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)削弱或去除某些不需要的信息，它是一種將原來不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果的圖像處理方法。圖像增強(qiáng)技術(shù)基本上可分成兩大類：頻域處理法和空域處理法。頻域處理法的基礎(chǔ)是卷積定理，它是將圖像看作波，然后利用信號(hào)處理中的手段對(duì)圖像波進(jìn)行處理?？沼蛱幚矸ǖ幕A(chǔ)是灰度映射變換，它是直接針對(duì)圖像中的像素進(jìn)行處理，所用到的映射變換取決于增強(qiáng)的目的，例如增加圖像的對(duì)比度，改善圖像的灰度層次等處理均屬于空域處理法的范疇。線性空域銳化濾波法是一種經(jīng)典且有效

4、的圖像增強(qiáng)技術(shù)。最常用的線性空域銳化濾波器是一種線性高通濾波器，其工作原理在于讓圖像的低頻分量受到抑制而不影響高頻分量，由于低頻分量對(duì)應(yīng)于圖像中灰度值緩慢變化的區(qū)域，和圖像的整體特性無關(guān)，僅與圖像整體對(duì)比度以及平均灰度值等有關(guān)系，所以該濾波器把這些分量濾去后，使得圖像進(jìn)一步銳化。然后通過增強(qiáng)圖像中被模糊的細(xì)節(jié)以達(dá)到目標(biāo)和背景易于分離的目的。在空域內(nèi)進(jìn)行濾波是利用模板和圖像進(jìn)行卷積來實(shí)現(xiàn)的，其主要步驟如下：實(shí)現(xiàn)模板的中心與(1將模板在圖像中漫游，圖像中某個(gè)像素位置重合；(2將模板上系數(shù)與模板下的圖像的對(duì)應(yīng)像素相乘；（模板(3將所有乘積的結(jié)果相加；(4將相加之和的輸出響應(yīng)）賦給圖像中對(duì)應(yīng)模板中心位

5、置的像素。例如圖1（a ）給出一幅原始圖像的一部分，其中s x 表示像素的灰度值。圖（b ）是一個(gè)3X3的模板，模板內(nèi)的kn 表示為模板系數(shù)。如將k 01所在位置與圖像中灰度值為s 0的像素重合（即把模板中心放在圖中的(x,y 位置），則模板的輸出響應(yīng)R 表示為：R=k0s 0+k1s 1+k8s 8并且把R 值賦給增強(qiáng)圖，作為(x,y 位置處的灰度值，如圖1（c ）所示。如果對(duì)原圖像的每個(gè)像素都這樣進(jìn)行處理就可徐速:實(shí)驗(yàn)師以得到所有位置增強(qiáng)后的新灰度值。如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)濾波器時(shí)就可得到不同的高通或低通效果。給每個(gè)k 賦予不同的值，(a圖1(b(c圖2技術(shù)創(chuàng)新2基于二階微分的圖像增強(qiáng)方法拉普拉斯

6、算子法由于銳化圖像這種變換常常具有隨意的方向，因而需要挑選那些不具備空間方向性的同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)不變性的線性微分算子幫助我們銳化圖像，例如Roberts 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子、高斯拉普拉斯算子等等。其中拉普拉斯算Krisch 算子、子就是不依賴于邊緣方向的二階微分算子，同時(shí)也是最常用的二階導(dǎo)數(shù)算子。對(duì)于一個(gè)連續(xù)函數(shù)（）來說，它在（x ，）點(diǎn)的f x ，y y 拉普拉斯表達(dá)式為：（）f x ，y =對(duì)由于擴(kuò)散圖像引起的圖像模糊，可以用下面公式來銳化圖像：）g(x,y=f(x,y-k（f x ，y其中k 代表與擴(kuò)散g 分別代表銳化前后的圖像，式中f ，效應(yīng)有關(guān)的系數(shù)。擴(kuò)散效應(yīng)是

7、由圖像成像過程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，如膠片顆粒，化學(xué)擴(kuò)散，光點(diǎn)散射。通過下面的擴(kuò)散方程使得圖像模糊：）, =k（f x ，y ，t將式在t=附近用臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開，令：t=0時(shí)g=f(x,y,0圖像不模糊；其中為擴(kuò)展時(shí)間，則g=ft>0時(shí)g=f(x,y,t圖像模糊；(x,y,0=g=f(x，y ，-+PLC 技術(shù)應(yīng)用200例郵局訂閱號(hào)：82-946360/年-141-DSP 開發(fā)與應(yīng)用中文核心期刊微計(jì)算機(jī)信息(嵌入式與SOC 2009年第25卷第1-2期 ÃÃÂÂÂÁÁ（略去高次項(xiàng)），用k ，則得gf-k Á不f 代

8、替Äf 上式表明，a=a+bÁ模糊圖像可以由模糊圖像減去模糊圖像拉普拉斯算子乘一個(gè)b=*ar4(-31常系數(shù)k 而得到。但是對(duì)k 要合理挑選，；（-1）b=-bk 太大會(huì)使圖像中s2輪廓邊緣產(chǎn)生過沖，k 太小會(huì)銳化不明顯。a=a+b對(duì)數(shù)字圖像來講，圖像（）的一階偏導(dǎo)數(shù)為：b=*ar4(-1f i ，j；（-1）s5b=-b由得技術(shù)創(chuàng)新拉普拉斯算子通常用模板來進(jìn)行檢測(cè)。典型的空域銳化濾波器的中心系數(shù)應(yīng)為正數(shù)而周圍的系數(shù)應(yīng)為負(fù)數(shù)。對(duì)3X3的模板來說，典型的系數(shù)取值是取圖1中的k 0=8，而其余系數(shù)都為-這樣所有的系數(shù)之和都為0。當(dāng)這樣的模板放在圖像中灰度1，值是常數(shù)或變化很小的

9、區(qū)域時(shí)，其輸出為零或很小。3硬件部分設(shè)計(jì)如圖3所示是一個(gè)基于TI 公司的TMS320VC5402芯片的數(shù)字圖像空域?yàn)V波增強(qiáng)的DSP 電路原理圖。a=a+bb=*ar4(1；（-1）s1b=-ba=a+bb=*ar4(31；（-1）b=-bs6a=a+bb=*ar4(32；（-1）b=-bs7a=a+bb=*ar4(33；（-1）b=-bs8；最終實(shí)現(xiàn)R=k0s0+k1s1+k8s8a=a+b*ar5+=a MAR (*AR4+塊重復(fù)返回Enhancement _loop:；nop；處理完一幀數(shù)據(jù)goto BEGIN5結(jié)束語目前有很多場(chǎng)合需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)拍攝的圖像進(jìn)行處理，例如在賓館的保安監(jiān)控系統(tǒng)

10、、城市交通擁擠道路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的原因，拍攝的圖像不盡人意，無法看清細(xì)節(jié)，不便于公安部門或交通管理部門監(jiān)視處理，這時(shí)就需要對(duì)由于一個(gè)對(duì)某一圖所拍攝的圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。在另一方面，像效果好的增強(qiáng)算法不一定適合于另一種圖像，所以一般情況下，為了得到滿意的圖像增強(qiáng)效果，常常需要同時(shí)挑選幾種合適的增強(qiáng)算法進(jìn)行相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)，從中選出視覺效果比較好的，計(jì)算量相對(duì)小的，又能滿足要求的最優(yōu)算法。本文采用的線圖3性空域銳化濾波法是一種經(jīng)典且有效的圖像增強(qiáng)技術(shù)，它能夠從圖3中可以看到，視頻信號(hào)由同軸電纜送入AD8041，此使得圖像對(duì)比度變大。目標(biāo)和背景易于分離，在工程應(yīng)用中具處AD8041是一個(gè)

11、電壓跟隨器，信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)二極管嵌位，和有很強(qiáng)的實(shí)用性，同時(shí)具有很廣的市場(chǎng)前景。電阻限流后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后由把模R3AD9057/AD9057本文作者創(chuàng)新點(diǎn):基于DSP 的數(shù)字圖像增強(qiáng)處理技術(shù)有很擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)，并通過DSP （VC5402）的外部多，其中存在著頻域處理法和空域處理法兩大類，本文介紹的其中空域?yàn)V波程序由數(shù)據(jù)總線的低8位送入DSP 中進(jìn)行處理，線性空域銳化濾波法，作為空域處理法的一種，在工程應(yīng)用中DSP 來實(shí)現(xiàn)。具有很強(qiáng)的實(shí)用性，能夠明顯改善圖像質(zhì)量、加強(qiáng)圖像判讀和4軟件部分設(shè)計(jì)識(shí)別效果，使其有很廣的市場(chǎng)前景。以下程序是就是基于圖3所示的DSP 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)參

12、考文獻(xiàn)行空域增強(qiáng)濾波的部分程序。1TMs32oc54xDsPApplications Guide.Texas Instuments ，19992TMS320C54xDSPEnhancedPeripherals.TexasInstuments，1999Block repeats (ehancement_loop-1周建江.TMS320C54X DSP 結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用. 北京；把中心像素的灰度值和中心系數(shù)ko 相乘，3戴明禎，a=T*ar4北京航空航天大學(xué)出版社，2001即是ko so關(guān)永，王雪立，王萬森基于DSP 的實(shí)時(shí)人臉檢測(cè)系統(tǒng)4韓相軍，b=*ar4(-33J 微計(jì)算機(jī)信息，2005，8-

13、2：82-83。b=-b作者簡(jiǎn)介：徐速（1979），男（漢族），四川省達(dá)州市人，重慶工商；（-1）a=a+bs4大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，學(xué)士，主要從事電子信息b=*ar4(-32技術(shù)的研究。（下轉(zhuǎn)第頁）；（-1）b=-bs3-年現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用200例PLD CPLD FPGA 應(yīng)用中文核心期刊微計(jì)算機(jī)信息(嵌入式與SOC 2009年第25卷第1-2期）DING Tie-fu YANG Lei YANG Xu LIU Chao（Graduated School of Chinese Academy of Sciences, Beijing,技術(shù)創(chuàng)新HDMI 的一大特點(diǎn)就是在一根傳輸線中

14、可以同時(shí)傳輸視頻和音頻信號(hào)。從HDMI 規(guī)范1.0開始，HDMI 就定義了支持（包括Dolby Digital EX ）和DTS （包括DTS-ES ）。Dolby DigitalHDMI 1.1增加了支持DVD-Audio 的功能，而HDMI 1.2增加（除1.0版外）都能夠傳輸8聲道了SACD 功能。此外，HDMI其效果優(yōu)于其它所有消費(fèi)音頻192kHz 、24比特的無壓縮音頻，格式。因此，如果播放器能夠?qū)⒁纛l格式解碼為多聲道PCM ，那么就能夠以解碼PCM 流的形式傳輸上述任何一種音頻格式。為了保證音頻數(shù)據(jù)完整傳輸，減少傳輸過程中信號(hào)的衰減，本文選用S/PDIF音頻接口傳輸音頻信號(hào)。“SO

15、NY/PHILIPSDigital Interface Format ”的縮寫，S/PDIF是它是由SONY 與PHILIPS 公司在上世紀(jì)80年代制訂的一種數(shù)字音頻信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，可以傳輸LPCM 流和Dolby Digital 、DTS 這類數(shù)字音頻信號(hào). 采用一根數(shù)碼線同時(shí)傳遞數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，簡(jiǎn)化了連接。音頻數(shù)據(jù)字長(zhǎng)可以擴(kuò)展到24位。常用的SPDIF 接口有光纖和同軸接口兩種。芯片內(nèi)部HDMI 解碼芯片EP907上具備S/PDIF接口輸出，簡(jiǎn)化了外部配置，經(jīng)編碼后的音頻信完成S/PDIF信號(hào)的編碼，號(hào)被發(fā)送到光纖發(fā)送模塊，本文選區(qū)的模塊為TOSHIBA 的將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過光纖傳輸，發(fā)送

16、到LED TOTX173，屏幕的接收控制系統(tǒng)進(jìn)行解碼。china 100039 YANG Lei YANG Xu LIU Chao通訊地址:（130033長(zhǎng)春市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)營(yíng)口路20號(hào)D 座508寢）丁鐵夫(收稿日期:2008.12.05(修稿日期:2009.01.03(上接第140頁 作者簡(jiǎn)介:劉凌波（1982-），女，漢族，河南省安陽市人，鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制；Biography:LIU Ling-bo (1982-,Gender,Han ，Anyang City ，HenanCollege of Electric Engineering, Zhe

17、ngzhou University ，Province ，Master ，the research direction is power system analysis and control. (450002河南鄭州鄭州大電氣工程學(xué)院）劉凌波許珉毛曉波4總結(jié)本文設(shè)計(jì)了一種基于HDMI 的視頻傳輸系統(tǒng)。提高了LED 顯示所需視頻信號(hào)源的質(zhì)量，音頻系統(tǒng)的加入，豐富了LED 屏幕的功能，考慮到LED 顯示技術(shù)的工程需要，采用光纖傳輸數(shù)據(jù)。減少在傳輸過程中信號(hào)的衰減，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。本文創(chuàng)新點(diǎn):本文設(shè)計(jì)了一種新型的視頻傳輸系統(tǒng)，將HD 色MI 應(yīng)用到LED 顯示技術(shù)當(dāng)中，為L(zhǎng)ED 顯示提供了更清晰，

18、滿足了LED 顯示技術(shù)對(duì)視頻源彩表現(xiàn)能力更強(qiáng)的視頻源信號(hào)。的要求。項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益：該項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化后帶來的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)1000萬元以上。參考文獻(xiàn)1High-DefinitionMultimedia Interface Specification Version 1.32006July ，2馮永茂等。基于快速以太網(wǎng)物理層的實(shí)時(shí)高速視頻傳輸. 電子器件，2007，30(1:144-151基于FPGA 的雙口RAM 在信號(hào)采集中的應(yīng)用。微3胡宏平等。計(jì)算機(jī)信息，2007，12-2:223-2244呂江波等。S/PDIF數(shù)字音頻接口和接收機(jī)中的數(shù)據(jù)譯碼實(shí)現(xiàn)。電聲技術(shù)，2002,9:15-20作者簡(jiǎn)介：丁鐵夫

19、(1946- ，男, 吉林長(zhǎng)春人，中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閿?shù)字通信與圖像處理，楊磊（1982-），男，吉林省吉林市人，中國科學(xué)院研究生院碩士生。研究方向?yàn)橐曨l傳輸與圖象處理。Biography:DING Tie-fu (1946-,male, Jilin, Professor, Doc -toral Advisor, Changchun Institute of Optic, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences ，Research area:Digital communica

20、tion and image processing 。(130033吉林省長(zhǎng)春市中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 丁鐵夫楊磊楊旭劉超（100039北京中國科學(xué)院研究生院 楊磊楊旭劉超（Changchun Institute of Optic, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun, Jilin, china, 130033-年(450002河南鄭州黃河科技學(xué)院信息工程學(xué)院）李海霞(Collegeof Electric Engineering, Zhengzhou University , Zh

21、engzhou 450002, China LIU Ling-bo XU Min MAO Xiao-bo(Collegeof Information Engineering, Huanghe S&TCollege , Zhengzhou 450002, China LI Hai-xia通訊地址：(450002河南省鄭州市文化路48號(hào)34號(hào)樓43號(hào)許珉(收稿日期:2008.12.05(修稿日期:2009.01.03(上接第142頁Biography:XU Su (1979-,Male (Hanethnic,Dazhoushi Sichuang, Chongqing Technology and Business University , Experimentalist, Bachelor ,The main research field was the electronic technology, （400067重慶重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息學(xué)院）徐速(ChongqingTechnology and Business University,Chongqi