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）。將定位后的模擬信息進行提取。

(5)量化后形成細節圖像。

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

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視頻接口接收數據有效控制信號。由于AD9846A在10個像素時間后輸出采樣結果，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是視頻接口的數據，其數據D1是像素S1的數字采樣信息。TCD1209D的時序控制[4]可參照數據手冊，在圖5中并未繪出。

3 實驗結果及分析

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字方法進行增強：(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字算法圖像增強所不具備的優勢，而這些功能都是用數字的方法實現不了的。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法實現的精度，最終達到圖像增強的目的，為后續的圖像識別或視覺觀察提供更有力的支持。