电子倍增CCD夜视图像直方图均衡算法及其实现(2)
3 硬件平台设计 5
3.1 EMCCD 6
3.2 AD转换模块 10
3.3 存储器模块 12
4 直方图均衡VHDL程序设计 15
4.1 直方图均衡模块 16
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
1 引言
1.1课题背景及意义
微光夜视传感器件是微光夜视技术中的核心器件。目前的微光夜视传感器已经不仅仅局限于像增强器及各种像管器件, 经过CCD、ICCD、EBCCD等技术的发展, 微光探测能力已经得到了很大的提高。2000年E2V与Andor公司联合推出世界上第一款EMCCD相机。相对于普通CCD相机，其最大的特点在于芯片上增加了一个片上电子增益寄存器。在高电场环境下电子经过上千次撞击，使电荷倍增千倍，极大地提高了芯片信噪比。使得微光夜视传感器的灵敏度得到进一步提高, 自问世以来, EMCCD就以其简洁的设计结构、很低的相对读出噪声、高量子效率而成为微光夜视传感器件中的后起之秀, 为微光和夜视技术的发展注入新的活力, 引起了广泛的关注。电子倍增CCD（EMCCD）对微弱光线具有极强的探测能力，这得益于EMCCD中的电子倍增效应。但在微弱光条件下，电子倍增CCD的输出图像存在信噪比低、图像层次不足，细节模糊现象严重等现象，因此必须对EMCCD获取的夜视图像进行预处理增强，其中，直方图均衡处理就是一项重要的图像预处理技术之一。
1. 2 研究与发展现状
1. 3 本文研究内容
本课题的任务就是电子倍增CCD夜视图像直方图均衡算法及其实现，本课题偏向于应用型而非研究创新型，我们的工作重心是EMCCD的硬件平台的搭建以及EMCCD和其他外围芯片的控制时序的VHDL程序代码的编写，由于工作量较大，所以直方图均衡技术我们打算采用普通的全局直方图均衡技术，将更多精力放在硬件平台的实现上
。本文共分为三章，具体安排如下：
第一章为绪论，主要介绍了该课题的研究背景和意义，以及发展现状，简单描述了课题的工作安排。
第二章为直方图均衡算法的原理介绍。
第三章为平台用到的主要芯片介绍。
第四章为各个程序模块的设计。
2 直方图均衡算法原理介绍
灰度级 为范围的数字图像的直方图是离散的 这里 是第 级灰度， 是图像中灰度级为 的像素个数。经常以图像中像素的总数(用 表示)来除它的每一个值得到归一化的直方图。因此，一个归一化的直方图由：
给出， 给出了灰度级为 发生的概率估计值。一个归一化的直方图其所有部分之和应等于1。
如下图所示的是以四个基本灰度级特征(暗、亮、低对比度、高对比度)做出的花粉图像。图的右侧显示除了这些图像相应的直方图。每一个直方图的水平轴对应灰度级值 ，纵轴对应于 的值或者归一化后 的值。这些直方图仅仅是 的函数。
图2.1 不同灰度范围下图片及其直方图信息
正如所看到的一样，在暗色图像中，直方图的组成成分集中在灰度级低(暗)的一侧。类似地，明亮图像的直方图则倾向于灰度级高的一侧。低对比度图像的直方图窄而集中于灰度级的中部。对于黑白图像，这意着暗淡，好像灰度被冲淡了一样。最后，我们看到在高对比度的图像中，直方图的成分覆盖了灰度级很宽的范围，而且，像素的分布比较均匀，只有少量的线比其他高出许多。由此可以得出这样一个直观的结论：若一幅图像其像素占有全部可能的灰度级并且分布均匀，则这样的图像有高对比度和多变的灰度色调。即灰度级丰富且动态范围大。我们需要寻找一种变换函数，该函数仅仅依靠输入图像直方图中的信息就使原图像可以自动达到这一效果。