基于模擬技術(shù)的圖像增強(qiáng)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(dá)如下式：

經(jīng)過以上變化后，模擬CCD信號(hào)如圖4所示。其中粗線表示變化后的信號(hào)，細(xì)線表示被抬升后的信號(hào)。由于放大器A2的飽和溢出位置為vr′，因此細(xì)線所示信號(hào)經(jīng)過放大器A2后并不輸出，達(dá)到了模擬信息定位的目的。

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

(4)通過視頻AD2的可編程增益放大器，將信號(hào)幅值放大αβ倍（α來自CCD采集條件設(shè)定，β是原圖的放大倍數(shù)）。將定位后的模擬信息進(jìn)行提取。

(5)量化后形成細(xì)節(jié)圖像。

在圖像采集中，同步時(shí)序驅(qū)動(dòng)貫穿整個(gè)過程，圖2中以虛線表示。同步控制由FPGA實(shí)現(xiàn)，首先產(chǎn)生對(duì)線陣CCD的正確驅(qū)動(dòng)，在數(shù)字圖像的采集過程中，將線陣傳感器輸出拼接成一幅指定高度的數(shù)字圖像；其次正確驅(qū)動(dòng)相關(guān)雙采樣，根據(jù)CCD的輸出正確控制相關(guān)雙采樣中開關(guān)電容的動(dòng)作；最后產(chǎn)生正確的數(shù)據(jù)標(biāo)記時(shí)刻，包括正確標(biāo)記AD的采樣時(shí)刻與DSP的數(shù)據(jù)接收時(shí)刻。

FPGA的時(shí)序如圖5所示。圖中OS信號(hào)是TCD1209D輸出的模擬信號(hào)。CLPOB信號(hào)用于控制視頻AD完成暗電平自動(dòng)校準(zhǔn)，因?yàn)門CD1209D的光學(xué)暗像素為B13～B28，而AD9846A要求自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)間為2～20個(gè)像素時(shí)間，因此，設(shè)計(jì)中CLPOB的有效時(shí)刻從B13開始，持續(xù)了8個(gè)像素時(shí)間。SHP、SHD是視頻AD用來采樣暗電平和有效電平的信號(hào)，上升沿有效，其上升沿時(shí)刻需要在實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)有效控制信號(hào)。由于AD9846A在10個(gè)像素時(shí)間后輸出采樣結(jié)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(hào)，其上升沿有效。VP_data是視頻接口的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)D1是像素S1的數(shù)字采樣信息。TCD1209D的時(shí)序控制[4]可參照數(shù)據(jù)手冊(cè)，在圖5中并未繪出。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖6給出了6幅圖像，除原圖外分別采用數(shù)字增強(qiáng)和模擬增強(qiáng)生成的圖像。

原圖(a)為了清晰地拍攝菊花花瓣，采用了較強(qiáng)光源，同時(shí)也造成了下方的淺紋曝光過度。另外三張圖片對(duì)原圖使用數(shù)字方法進(jìn)行增強(qiáng)：(b)圖采用數(shù)字直方圖增強(qiáng)，(c)圖采用數(shù)字頻域銳化，(d)圖采用數(shù)字小波增強(qiáng)，它們從不同方面增強(qiáng)了原圖。但可以看出，它們都沒有提供原圖中由于曝光過度而丟失的淺紋信息。采用模擬增強(qiáng)技術(shù)達(dá)到了不同的效果――在模擬細(xì)節(jié)圖像(e)中采用坐標(biāo)右移與模擬放大技術(shù)添加了曝光過度丟失的淺紋信息，同時(shí)可以看出淺紋的對(duì)比度比原圖有明顯提高，接下來將細(xì)節(jié)圖像(e)與原圖(a)進(jìn)行變換，灰度映射成模擬增強(qiáng)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(duì)數(shù)字圖像增強(qiáng)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(qiáng)方法。通過分析與實(shí)驗(yàn)表明，模擬圖像增強(qiáng)具有數(shù)字算法圖像增強(qiáng)所不具備的優(yōu)勢(shì)，而這些功能都是用數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)不了的。本文所述的模擬圖像增強(qiáng)方法可以添加超出量化量程的丟失信息，也可以補(bǔ)充量化后低對(duì)比度中的有限信息，所補(bǔ)充信息的分辨程度可以達(dá)到采用高分辨模數(shù)變換芯片無法實(shí)現(xiàn)的精度，最終達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的，為后續(xù)的圖像識(shí)別或視覺觀察提供更有力的支持。