ヒストグラム均等化によるイメージの改善

スクリプトを開く

この例では、ヒストグラム均等化を使用してイメージの改善を行う MATLAB® 設計からの HDL コードの生成方法を示します。

アルゴリズム

ヒストグラム均等化アルゴリズムは、出力イメージのヒストグラムがおよそフラットになるように強度イメージの値を変換することで、イメージのコントラストを改善します。

I = imread('pout.tif');
J = histeq(I);
subplot(2,2,1);
imshow( I );
subplot(2,2,2);
imhist(I)
subplot(2,2,3);
imshow( J );
subplot(2,2,4);
imhist(J)

MATLAB 設計

design_name = 'mlhdlc_heq';
testbench_name = 'mlhdlc_heq_tb';

この MATLAB 設計を見てみましょう。

type(design_name);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% heq.m
% Histogram Equalization Algorithm
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function [x_out, y_out, pixel_out] = ...
    mlhdlc_heq(x_in, y_in, pixel_in, width, height)

%   Copyright 2011-2015 The MathWorks, Inc.

persistent histogram
persistent transferFunc
persistent histInd
persistent cumSum

if isempty(histogram)
    histogram = zeros(1, 2^14);
    transferFunc = zeros(1, 2^14);
    histInd = 0;
    cumSum = 0;
end

% Figure out indexes based on where we are in the frame
if y_in < height && x_in < width % valid pixel data
    histInd = pixel_in + 1;
elseif y_in == height && x_in == 0 % first column of height+1
    histInd = 1;
elseif y_in >= height % vertical blanking period
    histInd = min(histInd + 1, 2^14);
elseif y_in < height % horizontal blanking - do nothing
    histInd = 1;
end

%Read histogram (must be outside conditional logic)
histValRead = histogram(histInd);

%Read transfer function (must be outside conditional logic)
transValRead = transferFunc(histInd);

%If valid part of frame add one to pixel bin and keep transfer func val
if y_in < height && x_in < width
    histValWrite = histValRead + 1; %Add pixel to bin
    transValWrite = transValRead; %Write back same value
    cumSum = 0;
elseif y_in >= height %In blanking time index through all bins and reset to zero
    histValWrite = 0;
    transValWrite = cumSum + histValRead;
    cumSum = transValWrite;
else
    histValWrite = histValRead;
    transValWrite = transValRead;
end

%Write histogram (must be outside conditional logic)
histogram(histInd) = histValWrite;

%Write transfer function (must be outside conditional logic)
transferFunc(histInd) = transValWrite;

pixel_out = transValRead;
x_out = x_in;
y_out = y_in;


type(testbench_name);

%Test bench for Histogram Equalization

%   Copyright 2011-2018 The MathWorks, Inc.

testFile = 'mlhdlc_img_peppers.png';
imgOrig = imread(testFile);
[height, width] = size(imgOrig);
imgOut = zeros(height,width);
hBlank = 20;
% make sure we have enough vertical blanking to filter the histogram
vBlank = ceil(2^14/(width+hBlank));

for frame = 1:2
    disp(['working on frame: ', num2str(frame)]);
    for y_in = 0:height+vBlank-1
        %disp(['frame: ', num2str(frame), ' of 2, row: ', num2str(y_in)]);
        for x_in = 0:width+hBlank-1
            if x_in < width && y_in < height
                pixel_in = double(imgOrig(y_in+1, x_in+1));
            else
                pixel_in = 0;
            end
            
            [x_out, y_out, pixel_out] = ...
                mlhdlc_heq(x_in, y_in, pixel_in, width, height);
                       
            if x_out < width && y_out < height
                imgOut(y_out+1,x_out+1) = pixel_out;
            end
        end
    end
    
    % normalize image to 255
    imgOut = round(255*imgOut/max(max(imgOut)));
    
    figure(1)
    subplot(2,2,1); imshow(imgOrig, [0,255]);
    title('Original Image');
    subplot(2,2,2); imshow(imgOut, [0,255]);
    title('Equalized Image');
    subplot(2,2,3); histogram(double(imgOrig(:)),2^14-1);
    axis([0, 255, 0, 1500])
    title('Histogram of original Image');
    subplot(2,2,4); histogram(double(imgOut(:)),2^14-1);
    axis([0, 255, 0, 1500])
    title('Histogram of equalized Image');
end

設計のシミュレーション

コードの生成前にテスト ベンチを使用して設計のシミュレーションを実行し、実行時エラーが発生しないことを常に確認することをお勧めします。

mlhdlc_heq_tb

working on frame: 1
working on frame: 2

HDL Coder™ プロジェクトの新規作成

coder -hdlcoder -new mlhdlc_heq_prj

次に、'mlhdlc_heq.m' ファイルを MATLAB 関数としてプロジェクトに追加し、'mlhdlc_heq_tb.m' を MATLAB テスト ベンチとして追加します。

MATLAB HDL Coder プロジェクトの作成と入力に関する詳細なチュートリアルについては、MATLAB から HDL へのワークフロー入門を参照してください。

固定小数点変換と HDL コード生成の実行

HDL アドバイザーを起動し、[コード生成] のステップを右クリックして [選択したタスクまで実行] オプションを選択し、最初から HDL コード生成までのすべてのステップを実行します。

コード生成ログのウィンドウにあるハイパーリンクをクリックして、生成された HDL コードを確認します。