基于模擬技術(shù)的圖像增強方法

放大器A1的輸出：

將(4)式代入(5)式，并將電阻阻值1kΩ代入得輸出表達如下式：

經(jīng)過(guò)以上變化后，模擬CCD信號如圖4所示。其中粗線(xiàn)表示變化后的信號，細線(xiàn)表示被抬升后的信號。由于放大器A2的飽和溢出位置為vr′，因此細線(xiàn)所示信號經(jīng)過(guò)放大器A2后并不輸出，達到了模擬信息定位的目的。

(3)進(jìn)入視頻AD2芯片，再次通過(guò)相關(guān)雙采樣處理，獲得模擬定位后的像素輸出電壓差。

(4)通過(guò)視頻AD2的可編程增益放大器，將信號幅值放大αβ倍（α來(lái)自CCD采集條件設定，β是原圖的放大倍數）。將定位后的模擬信息進(jìn)行提取。

(5)量化后形成細節圖像。

在圖像采集中，同步時(shí)序驅動(dòng)貫穿整個(gè)過(guò)程，圖2中以虛線(xiàn)表示。同步控制由FPGA實(shí)現，首先產(chǎn)生對線(xiàn)陣CCD的正確驅動(dòng)，在數字圖像的采集過(guò)程中，將線(xiàn)陣傳感器輸出拼接成一幅指定高度的數字圖像；其次正確驅動(dòng)相關(guān)雙采樣，根據CCD的輸出正確控制相關(guān)雙采樣中開(kāi)關(guān)電容的動(dòng)作；最后產(chǎn)生正確的數據標記時(shí)刻，包括正確標記AD的采樣時(shí)刻與DSP的數據接收時(shí)刻。

FPGA的時(shí)序如圖5所示。圖中OS信號是TCD1209D輸出的模擬信號。CLPOB信號用于控制視頻AD完成暗電平自動(dòng)校準，因為T(mén)CD1209D的光學(xué)暗像素為B13～B28，而AD9846A要求自動(dòng)校準時(shí)間為2～20個(gè)像素時(shí)間，因此，設計中CLPOB的有效時(shí)刻從B13開(kāi)始，持續了8個(gè)像素時(shí)間。SHP、SHD是視頻AD用來(lái)采樣暗電平和有效電平的信號，上升沿有效，其上升沿時(shí)刻需要在實(shí)現中給予關(guān)注以完成相關(guān)雙采樣的正確采樣。VP_EN是DM642視頻接口接收數據有效控制信號。由于A(yíng)D9846A在10個(gè)像素時(shí)間后輸出采樣結果，因此VP_EN的有效時(shí)刻是在S11像素處。VP_CLK是視頻接口的時(shí)鐘信號，其上升沿有效。VP_data是視頻接口的數據，其數據D1是像素S1的數字采樣信息。TCD1209D的時(shí)序控制[4]可參照數據手冊，在圖5中并未繪出。

3 實(shí)驗結果及分析

圖6給出了6幅圖像，除原圖外分別采用數字增強和模擬增強生成的圖像。

原圖(a)為了清晰地拍攝菊花花瓣，采用了較強光源，同時(shí)也造成了下方的淺紋曝光過(guò)度。另外三張圖片對原圖使用數字方法進(jìn)行增強：(b)圖采用數字直方圖增強，(c)圖采用數字頻域銳化，(d)圖采用數字小波增強，它們從不同方面增強了原圖。但可以看出，它們都沒(méi)有提供原圖中由于曝光過(guò)度而丟失的淺紋信息。采用模擬增強技術(shù)達到了不同的效果――在模擬細節圖像(e)中采用坐標右移與模擬放大技術(shù)添加了曝光過(guò)度丟失的淺紋信息，同時(shí)可以看出淺紋的對比度比原圖有明顯提高，接下來(lái)將細節圖像(e)與原圖(a)進(jìn)行變換，灰度映射成模擬增強圖像(f)，從中既可以清楚地看到菊花花瓣，也可以清楚地看到淺紋信息。

本文針對數字圖像增強技術(shù)中存在的不足，提出一種基于模擬技術(shù)的圖像增強方法。通過(guò)分析與實(shí)驗表明，模擬圖像增強具有數字算法圖像增強所不具備的優(yōu)勢，而這些功能都是用數字的方法實(shí)現不了的。本文所述的模擬圖像增強方法可以添加超出量化量程的丟失信息，也可以補充量化后低對比度中的有限信息，所補充信息的分辨程度可以達到采用高分辨模數變換芯片無(wú)法實(shí)現的精度，最終達到圖像增強的目的，為后續的圖像識別或視覺(jué)觀(guān)察提供更有力的支持。