数字图像处理(18)：图像亮度调节：线性变换

        （1）图像亮度：反映图像的明暗程度，在图像处理中，亮度常用灰度值表示，灰度值越高，图像越亮。对图像进行亮度调节，可以改善图像的视觉效果，让图片更亮或更暗，以适应实际需求。

        （2）线性亮度和对比度调节：通过对每个像素进行相同系数的增加或减少，来整体提高或降低图像的亮度。线性算法简单，但是可能会引起图像细节的丢失，算法公式如下：

         

        其中Out表示调整后的亮度值，In表示原始亮度，alpha表示增益，用来控制对比度；beta表示偏置，用来控制亮度。

        （3）非线性亮度和对比度调节

        采用非线性函数对图像的亮度进行调整，以更加精细地处理图像的亮度变化。在图像处理中，非线性亮度调整调节通常会使用伽马变换来实现，公式如下：

  

        其中，O为输出像素的亮度值，r表示伽马值，这个公式实际上是对输入像素的亮度进行幂运算、通过调整伽马值来改变图像的亮度。

• 当r小于1时，提亮图像，拉伸暗部。这种变换对增加暗部细节非常有用。
• 当r大于1时，压暗图像，压缩暗部，这种变换对防止高亮区域过度曝光非常有效。
• 当r等于1时，伽马变换变为线性变换，即输入与输出亮度值相等，图像亮度保持不变。

        伽马变换可以有效地调整图像地对比度和亮度，特别是在暗部和亮度区域，由于人眼对不同亮度的敏感度是非线性的，因此伽马变换被广泛应用于图像处理和显示设备中，以实现更加自然和逼真的图像视觉效果。

        (4)FPGA实现线性变换

module image_bright_adjust
(
    input   wire    [7:0]   red             ,
    input   wire    [7:0]   green           ,
    input   wire    [7:0]   blue            ,
    input   wire    [7:0]   adjust_val      ,           //亮度调节0-255
    input   wire            add_or_sub      ,           //1表示增加亮度，0表示减少亮度
    
    output  wire    [7:0]   red_adjust      ,
    output  wire    [7:0]   green_adjust    ,
    output  wire    [7:0]   blue_adjust       
    
);

wire    [8:0]   r_w,g_w,b_w;

assign r_w = add_or_sub ? (red + adjust_val):((red > adjust_val)?(red - adjust_val):9'd0);
assign g_w = add_or_sub ? (green + adjust_val):((green > adjust_val)?(green - adjust_val):9'd0);
assign b_w = add_or_sub ? (blue + adjust_val):((blue > adjust_val)?(blue - adjust_val):9'd0);

assign red_adjust = (r_w >= 9'd255)?(8'd255):r_w;
assign green_adjust = (g_w >= 9'd255)?(8'd255):g_w;
assign blue_adjust = (b_w >= 9'd255)?(8'd255):b_w;


endmodule

        （8）实验现象：

• 顶层输入adjust_val = 128,add_or_sub =1,现象如下：

  

• 顶层输入adjust_val = 128,add_or_sub =0,现象如下：