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基于FPGA的圖像拉普拉斯銳化處理 騰訊鏈接：https://share.weiyun.com/5GQyKKc 百度網(wǎng)盤(pán)鏈接：https://pan.baidu.com/s/1M7PLzRs-yMJv7NFJE8GVAw 提取碼：qr0t 
如圖所示，這是整個(gè)視頻采集系統的原理框圖。上電初始，FPGA需要通過(guò)IIC接口對CMOS Sensor進(jìn)行寄存器初始化配置。這些初始化的基本參數，即初始化地址對應的初始化數據都存儲在一個(gè)預先配置好的FPGA片內ROM中。在初始化配置完成后，CMOS Sensor就能夠持續輸出標準RGB的視頻數據流，FPGA通過(guò)對其同步信號，如時(shí)鐘、行頻和場(chǎng)頻進(jìn)行檢測，從而從數據總線(xiàn)上實(shí)時(shí)的采集圖像數據。MT9V034攝像頭默認初始化數據就能輸出正常的視頻流，因此FPGA中實(shí)際上未作任何IIC初始化配置。 在FPGA內部，采集到的視頻數據先通過(guò)一個(gè)FIFO，將原本25MHz頻率下同步的數據流轉換到50MHz的頻率下。接著(zhù)將這個(gè)數據再送入寫(xiě)DDR3緩存的異步FIFO中，這個(gè)FIFO中的數據一旦達到一定數量，就會(huì )寫(xiě)入DDR3中。與此同時(shí)，讀取DDR3中緩存的圖像數據，緩存到FIFO中，并最終送往LCD驅動(dòng)模塊進(jìn)行顯示。LCD驅動(dòng)模塊不斷的發(fā)出讀圖像數據的請求，并驅動(dòng)液晶顯示器顯示視頻圖像。 本實(shí)例除了前面提到對原始圖像做DDR3緩存和顯示，還會(huì )在原始圖像緩存到DDR3之前，另外做圖像的多行緩存和拉普拉斯銳化處理，獲得新的銳化后的圖像流，這個(gè)圖像流寫(xiě)入到DDR3中。根據LCD顯示模塊的請求，讀取DDR3中處理后的圖像進(jìn)行顯示。最終在VGA液晶顯示器上，可以看到左側圖像是原始的圖像，右側圖像是經(jīng)過(guò)銳化處理后的圖像。
在圖像增強中，平滑是為了消除圖像中噪聲的干擾，或者降低對比度。與之相反，有時(shí)為了強調圖像的邊緣和細節，需要對圖像進(jìn)行銳化，提高對比度。 拉普拉斯銳化圖像是根據圖像某個(gè)像素的周?chē)袼氐酱讼袼氐耐蛔�，也就是說(shuō)它的依據是圖像像素的變化程度。我們知道，一個(gè)函數的一階微分描述了函數圖像是朝哪里變化的，即增長(cháng)或者降低；而二階微分描述的則是圖像變化的速度，急劇增長(cháng)下降還是平緩的增長(cháng)下降。那么據此我們可以猜測出依據二階微分能夠找到圖像的色素的過(guò)渡程度，例如白色到黑色的過(guò)渡就是比較急劇的。 或者用官方點(diǎn)的話(huà)說(shuō)：當鄰域中心像素灰度低于它所在的領(lǐng)域內其它像素的平均灰度時(shí)，此中心像素的灰度應被進(jìn)一步降低，當鄰域中心像素灰度高于它所在的鄰域內其它像素的平均灰度時(shí)，此中心像素的灰度應被進(jìn)一步提高，以此實(shí)現圖像的銳化處理。 2.2拉普拉斯（laplace）算子最常用的無(wú)方向性的二階差分算子，其模板有3*3、5*5和7*7等多種形式。。 例如，以3*3算子為例，1~8像素是（x,y）點(diǎn)周?chē)徑?font face="Calibri">8個(gè)像素點(diǎn)�？梢允褂糜覀鹊�2種模板對（x,y）以及周邊4或8個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行運算，替代原來(lái)的（x,y）點(diǎn)。
當然了，根據中心點(diǎn)的權重程度，也可以使用如下2中模板來(lái)實(shí)現圖像銳化。
基于第一種拉普拉斯銳化處理，我們的Matlab代碼如下：
clear clc I1=imread('.\lena.jpg'); I=im2double(I1); [m,n,c]=size(I); A=zeros(m,n,c); %for R for i=2:m-1 for j=2:n-1 A(i,j,1)=I(i+1,j,1)+I(i-1,j,1)+I(i,j+1,1)+I(i,j-1,1)-4*I(i,j,1); end end %for G for i=2:m-1 for j=2:n-1 A(i,j,2)=I(i+1,j,2)+I(i-1,j,2)+I(i,j+1,2)+I(i,j-1,2)-4*I(i,j,2); end end %for B for i=2:m-1 for j=2:n-1 A(i,j,3)=I(i+1,j,3)+I(i-1,j,3)+I(i,j+1,3)+I(i,j-1,3)-4*I(i,j,3); end end B=I-A; %output imwrite(B,'lena.tif','tif'); imshow('.\lena.jpg');title('origin image');figure imshow('lena.tif');title('image after laplace transform') 濾波效果如下。
Matlab源碼、Lena.jpg原圖和比對圖存放在at7_img_ex02\matlab文件夾下。 3基于FPGA的圖像平滑處理 工程文件夾at7_img_ex02\zstar.srcs\sources_1\new下的laplace_transform.v模塊實(shí)現了拉普拉斯銳化處理。該模塊功能框圖如下，使用2個(gè)FIFO，分別緩存前后行，即進(jìn)入圖像處理的3組數據流分別是第n-1行、第n行和第n+1行的圖像，控制輸入數據流和2個(gè)FIFO緩存的圖像在同一個(gè)位置、寄存器對前后2個(gè)像素的圖像值進(jìn)行緩存，這樣便可實(shí)現中心像素點(diǎn)以及前后列、上下行之間數據的同步處理了。
AT7_Xilinx開(kāi)發(fā)板（USB3.0+LVDS）資料共享 騰訊鏈接：https://share.weiyun.com/5GQyKKc 百度網(wǎng)盤(pán)鏈接：https://pan.baidu.com/s/1M7PLzRs-yMJv7NFJE8GVAw 提取碼：qr0t |
