基于模擬技術的圖像增強方法

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

(3)進入視頻AD2芯片，再次通過相關雙采樣處理，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，將信號幅值放大αβ倍（α來自CCD采集條件設定，β是原圖的放大倍數(shù)）。將定位后的模擬信息進行提取。

(5)量化后形成細節(jié)圖像。

在圖像采集中，同步時序驅(qū)動貫穿整個過程，圖2中以虛線表示。同步控制由FPGA實現(xiàn)，首先產(chǎn)生對線陣CCD的正確驅(qū)動，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)動相關雙采樣，根據(jù)CCD的輸出正確控制相關雙采樣中開關電容的動作；最后產(chǎn)生正確的數(shù)據(jù)標記時刻，包括正確標記AD的采樣時刻與DSP的數(shù)據(jù)接收時刻。

FPGA的時序如圖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完成暗電平自動校準，因為TCD1209D的光學暗像素為B13～B28，而AD9846A要求自動校準時間為2～20個像素時間，因此，設計中CLPOB的有效時刻從B13開始，持續(xù)了8個像素時間。SHP、SHD是視頻AD用來采樣暗電平和有效電平的信號，上升沿有效，其上升沿時刻需要在實現(xiàn)中給予關注以完成相關雙采樣的正確采樣。VP_EN是DM642視頻接口接收數(shù)據(jù)有效控制信號。由于AD9846A在10個像素時間后輸出采樣結(jié)果，因此VP_EN的有效時刻是在S11像素處。VP_CLK是視頻接口的時鐘信號，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的時序控制[4]可參照數(shù)據(jù)手冊，在圖5中并未繪出。

3 實驗結(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，同時也造成了下方的淺紋曝光過度。另外三張圖片對原圖使用數(shù)字方法進行增強：(b)圖采用數(shù)字直方圖增強，(c)圖采用數(shù)字頻域銳化，(d)圖采用數(shù)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。采用模擬增強技術達到了不同的效果――在模擬細節(jié)圖像(e)中采用坐標右移與模擬放大技術添加了曝光過度丟失的淺紋信息，同時可以看出淺紋的對比度比原圖有明顯提高，接下來將細節(jié)圖像(e)與原圖(a)進行變換，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(shù)字圖像增強技術中存在的不足，提出一種基于模擬技術的圖像增強方法。通過分析與實驗表明，模擬圖像增強具有數(shù)字算法圖像增強所不具備的優(yōu)勢，而這些功能都是用數(shù)字的方法實現(xiàn)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(shù)變換芯片無法實現(xiàn)的精度，最終達到圖像增強的目的，為后續(xù)的圖像識別或視覺觀察提供更有力的支持。