完整教程：FPGA学习笔记——图像处理之亮度调节（Gamma）
目录
一、任务
二、Gamma
1.表达式
三、代码
1.v文件
（1）gamma_adjust.v
（2）gamma.v
2.仿真文件
（1）tb.v
（2）video_source.v
四、实验现象
一、任务
将下面这幅图片进行亮度调节，用gamma来校正亮度调节。
二、Gamma
Gamma校正是一种非线性亮度调整技术（一定程度上还能够调节对比度），通过对图像像素值进行幂律变换，校正显示系统的非线性响应特性。其数学表达式为：
1.表达式
Vout = Vin^γ
Vin：输入亮度值（归一化到0-1）
Vout：输出亮度值
γ（Gamma）：校正系数
CRT/LCD等显示设备的亮度响应天生就是非线性的（近似γ≈2.2），需要进行补偿。
思路：根据表达式，γ是近似2.2，这里就可以有两种方法：1.把2.2约等于2（我这里就是这种做法）2.将0~255的2.2次方做成查找表（用AI生成）。
方法一：将输入的值平方以后，再除以255，得到调整后的图像数据。
方法二：将输入的值，在查找表里面查找，是哪个值就输出那个处理后的值。
三、代码
1.v文件
（1）gamma_adjust.v
`timescale 1ns / 1ps
module gamma_adjust(
input clk ,
input rst_n ,
input [7:0] i_rgb888 ,
output reg [7:0] o_rgb888
);
reg [15:0] product ;
reg [7:0] lut [255:0] ;
always @(posedge clk) begin
if(!rst_n)
product <= 0;
else
product <= (i_rgb888 * i_rgb888)/255;
end
always@(posedge clk) begin
if(!rst_n)
o_rgb888 <= 0;
else
o_rgb888 <= product[7:0];
end
endmodule（2）gamma.v
`timescale 1ns / 1ps
module gamma(
input clk ,
input rst_n ,
input [7:0] scale ,
input [23:0] i_rgb888 ,
input i_vsync ,
input i_hsync ,
input i_vaild ,
output [23:0] o_rgb888 ,
output o_vsync ,
output o_hsync ,
output o_vaild
);
reg [1:0] i_vsync_r;
reg [1:0] i_hsync_r;
reg [1:0] i_vaild_r;
//红色
gamma_adjust gamma_adjust_u1(
. clk (clk),
. rst_n (rst_n),
. i_rgb888 (i_rgb888[23:16]),
. o_rgb888 (o_rgb888[23:16])
);
//绿色
gamma_adjust gamma_adjust_u2(
. clk (clk),
. rst_n (rst_n),
. i_rgb888 (i_rgb888[15:8]),
. o_rgb888 (o_rgb888[15:8])
);
//蓝色
gamma_adjust gamma_adjust_u3(
. clk (clk),
. rst_n (rst_n),
. i_rgb888 (i_rgb888[7:0]),
. o_rgb888 (o_rgb888[7:0])
);
//同步打拍，否则图像会平移
always @(posedge clk) begin
i_vsync_r <= {i_vsync_r[0],i_vsync};
i_hsync_r <= {i_hsync_r[0],i_hsync};
i_vaild_r <= {i_vaild_r[0],i_vaild};
end
assign o_vsync = i_vsync_r[1];
assign o_hsync = i_hsync_r[1];
assign o_vaild = i_vaild_r[1];
endmodule2.仿真文件
（1）tb.v
`timescale 1ns / 1ps
module tb();
reg clk = 0;
reg rst_n = 0;
wire [23:0] i_rgb888;
wire [23:0] o_rgb888;
wire i_vaild;
wire o_vaild;
always #10 clk = ~clk;
initial begin
#100;
rst_n = 1;
end
gamma gamma_u(
. clk (clk) ,
. rst_n (rst_n) ,
. scale (140) ,
. i_rgb888 (i_rgb888) ,
. i_vsync () ,
. i_hsync () ,
. i_vaild (i_vaild) ,
. o_rgb888 (o_rgb888) ,
. o_vsync () ,
. o_hsync () ,
. o_vaild (o_vaild)
);
video_source video_source_u(
. pclk (clk) ,
. rstn (rst_n) ,
//----图像输出----------------------
. source_de_o (i_vaild) ,
. source_data_o (i_rgb888),
//----图像输入----------------------
. de_i (o_vaild) ,
. data_i (o_rgb888)
);
endmodule（2）video_source.v
`timescale 1ns / 1ps
`define VIDEO_1280_720
module video_source#(
parameter VSYNC=720,
HSYNC=1280,
DELAY1=50_000_000 //鍥惧儚澶勭悊寤惰繜
)(
input pclk ,
input rstn ,
//----鍥惧儚杈撳嚭----------------------
output reg source_de_o ,
output [23:0] source_data_o,
//----鍥惧儚杈撳叆----------------------
input de_i ,
input [23:0] data_i
);
//1280X720 74.25MHZ
`ifdef VIDEO_1280_720
parameter H_ACTIVE = 1280;// 琛屾暟鎹湁鏁堟椂闂?
parameter H_FRONT_PORCH = 110; // 琛屾秷闅愬墠鑲╂椂闂?
parameter H_SYNC_TIME = 40; // 琛屽悓姝ヤ俊鍙锋椂闂?
parameter H_BACK_PORCH = 220; // 琛屾秷闅愬悗鑲╂椂闂?
parameter H_POLARITY = 1; // 琛屽悓姝ユ瀬鎬?
parameter V_ACTIVE = 720; // 鍒楁暟鎹湁鏁堟椂闂?
parameter V_FRONT_PORCH = 5; // 鍒楁秷闅愬墠鑲╂椂闂?
parameter V_SYNC_TIME = 5; // 鍒楀悓姝ヤ俊鍙锋椂闂?
parameter V_BACK_PORCH = 20; // 鍒楁秷闅愬悗鑲╂椂闂?
parameter V_POLARITY = 1; // 鍦哄悓姝ユ瀬鎬?
`endif
localparam addr_size=HSYNC*VSYNC*3+54; //鎬诲瓧鑺傛暟
//鏂囦欢鍚?
integer bmp_file_id;
integer bmp_dout_id;
//鏂囦欢鍙ユ焺
integer h;
reg [7:0] rd_data [addr_size-1:0]; //鏍规嵁鑷繁鍥剧墖澶у皬 BMP鏍煎紡涓猴細浣嶅浘鏂囦欢澶达紙14瀛楄妭锛?+浣嶅浘淇℃伅澶达紙40瀛楄妭锛?+瀹為檯鍍忕礌鐐瑰崰鍐呭瓨
reg [7:0] wr_data [addr_size-1:0];
integer i=0;
integer addr_rd=54;
integer addr_wr=54;
initial begin
bmp_file_id = $fopen("D:/intelFPGA_lite/haiyunjiexun/text_Vivado/image_isp/image_1.bmp","rb"); //鎵撳紑鍘熷鍥惧儚
bmp_dout_id = $fopen("D:/intelFPGA_lite/haiyunjiexun/text_Vivado/image_isp/image_1_out.bmp","wb"); //鎵撳紑杈撳嚭鍥惧儚
h = $fread(rd_data,bmp_file_id); //璇诲彇bmp鏂囦欢 璇诲彇鍒扮殑鏁版嵁灏嗕細渚濇鏀惧叆rd_data涓?
$fclose(bmp_file_id); //璇诲彇瀹屾瘯
#DELAY1 ; //鍥惧儚澶勭悊寤惰繜
for(i = 0; i = addr_size-3)
addr_rd= addr_size-3)
addr_wr (H_SYNC_TIME + H_BACK_PORCH -1)) && (cnt_h (V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH-1)) && (cnt_v <= (V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH + V_ACTIVE-1)))
source_de_o<=1;
else
source_de_o<=0;
end
always@(posedge pclk)begin
if(!rstn)
cnt_h<=0;
else if(cnt_h == H_TOTAL_TIME-1)
cnt_h<=0;
else
cnt_h<=cnt_h+1;
end
always@(posedge pclk)begin
if(!rstn)
cnt_v<=0;
else if(cnt_h == H_TOTAL_TIME-1)begin
if(cnt_v == V_TOTAL_TIME-1)
cnt_v<=0;
else
cnt_v<=cnt_v+1;
end
end
endmodule四、实验现象
以上就是图像增强之亮度调节（Gamma）。（如果有错误的地方，还请大家指出来，谢谢！）