1、图像对数变换理论

对数变换可以将图像的低灰度值部分扩展，显示出低灰度部分更多的细节，将其高灰度值部分压缩，减少高灰度值部分的细节，从而达到强调图像低灰度部分的目的。
图像对数变换一般公式为：g = c*log(1 + f)
其中 c 为常数系数，f 为像素值范围 0~255。
如图所示，对数曲线在像素值较低的区域斜率较大，像素值较高的区域斜率比较低，所以图像经过对数变换之后，在较暗的区域对比度将得到提升，因而能增强图像暗部的细节。

2、log系数的matlab生成

由g = c*log(1 + f)公式可知，只要给出系数c，就能得到log系数，但对数计算不是FPGA的长项，所以使用matlab生成，并转换为.coe 文件
matlab部分代码如下：完整代码请看到文章最后；

clear;clear all;clc;% g = c*log(1 + f)  num = 256;f = [0:1:255]; c =40;g = c*log(1+f);%=================================================================
%创建coe文件保存参数
fid = fopen('log_para_256.coe','w');fprintf(fid,'memory_initialization_radix = 10;\n');
fprintf(fid,'memory_initialization_vector =\n');

再经系数用verilog代码固化到rom，形成一个log系数查找表；

3、FPGA实现图像对数变换

既然已经有了log系数查找表，那么只需要将图像像素数据与查找表逐一对应输出即可，这是FPGA的强项，FPGA图像对数变换顶层代码如下：

module helai_log_algorithm (input         i_vid_hs  ,input         i_vid_vs  ,input         i_vid_de  ,input  [7:0] i_vid_rgb ,    output       o_vout_hs ,output        o_vout_vs ,output        o_vout_de ,output [7:0] o_vout_rgb,
);//同步输出使能信号assign o_vout_hs = i_vid_hs;assign o_vout_vs = i_vid_vs;assign o_vout_de = i_vid_de;helai_log_para r_log_para(.addra(i_vid_rgb[23:16]),.doutao_vout_rgb([23:16])
);helai_log_para g_log_para(.addra(i_vid_rgb[15:8]),.doutao_vout_rgb([15:8])
);helai_log_para g_log_para(.addra(i_vid_rgb[7:0]),.doutao_vout_rgb([7:0])
);endmodule

4、vivado与matlab联合仿真

仿真结果如下：

这张图的暗黑区域很少，只有我女友黑色秀发区域，可以看到输出图像整体变白了；
在看另一组仿真：

这张图原图是黑夜，对数变换后的图像就很明显了；

5、vivado工程介绍

工程设计思路和框架如下：

HDMI输入和输出由编解码器由Silion Image 公司的SIL9013和SIL9134完成，芯片工作需要iic配置，关于SIL9013和SIL9134的使用和配置，请参考我之前写的文章点击查看：SIL9013和SIL9134的使用和配置
数据采集后经FDMA将通过AXI总线图像写入到DDR3做3帧缓存再输出，关于FDMA三帧缓存，请参考我之前写的文章点击查看：FDMA三帧缓存方案
工程BD如下：

代码架构如下：

顶层代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2022/12/12 21:42:17
// Design Name:
// Module Name: top
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//module top(
//ddr3output [14:0]DDR3_0_addr,output [2:0]DDR3_0_ba   ,output DDR3_0_cas_n     ,output [0:0]DDR3_0_ck_n ,output [0:0]DDR3_0_ck_p ,output [0:0]DDR3_0_cke  ,output [0:0]DDR3_0_cs_n ,output [3:0]DDR3_0_dm   ,inout [31:0]DDR3_0_dq   ,inout [3:0]DDR3_0_dqs_n ,inout [3:0]DDR3_0_dqs_p ,output [0:0]DDR3_0_odt  ,output DDR3_0_ras_n     ,output DDR3_0_reset_n   ,output DDR3_0_we_n      , input        CLK_IN1_D_0_clk_n,input        CLK_IN1_D_0_clk_p,output       ddr3_ok          ,
//hdmi_inoutput       hdmi_in_nreset   ,     //9011/9013 resetinput        vin_clk          ,            //clock for 9111/9013input        vin_hs           ,             //horizontal synchronization for 9011/9013input        vin_vs           ,             //vertical synchronization for 9011/9013input        vin_de           ,             //data valid for 9011/9013input[23:0]  vin_data         ,           //data for 9011/9013inout        hdmi_scl         ,           //HDMI I2C clockinout        hdmi_sda         ,           //HDMI I2C dataoutput       hdmi_nreset      ,        //9134 reset
//hdmi_outoutput       vout_hs          ,            //horizontal synchronization for 9134output       vout_vs          ,            //vertical synchronization for 9134output       vout_de          ,            //data valid for 9134output       vout_clk         ,           //clock for 9134output[23:0] vout_data                   //data for 9134
);wire        clk_200m  ;
wire        clk_hdmi  ;
wire        pll_resetn;
wire [0:0]  resetn;
wire        ud_r_0_ud_rclk;
wire [31:0] ud_r_0_ud_rdata;
wire        ud_r_0_ud_rde;
wire        ud_r_0_ud_rvs;
wire        ud_w_0_ud_wclk;
wire [31:0] ud_w_0_ud_wdata;
wire        ud_w_0_ud_wde;
wire        ud_w_0_ud_wvs;
wire        ui_clk_100m;wire [9:0]   lut_index;
wire [31:0]  lut_data; wire [23:0] log_rgb;
wire [23:0] i_rgb;
wire        o_hs ;
wire        o_vs ;
wire        o_de ;
wire [23:0] o_rgb;
wire hdmi_clk_rstn;
assign hdmi_nreset   =pll_resetn;
assign hdmi_in_nreset=pll_resetn;
assign ud_w_0_ud_wclk =vin_clk ;
assign ud_w_0_ud_wvs  =vin_vs  ;
assign ud_w_0_ud_wde  =vin_de  ;
assign ud_w_0_ud_wdata=vin_data;
assign ud_r_0_ud_rclk=clk_hdmi;
assign ud_r_0_ud_rvs=o_vs;
assign ud_r_0_ud_rde=o_de;
assign i_rgb=ud_r_0_ud_rdata[23:0];
assign vout_clk=clk_hdmi;
assign vout_hs=o_hs;
assign vout_vs=o_vs;
assign vout_de=o_de;
assign vout_data=o_rgb;i2c_config i2c_config_m0(
.rst            (~pll_resetn    ),
.clk            (clk_200m       ),
.clk_div_cnt    (16'd500        ),
.i2c_addr_2byte (1'b0           ),
.lut_index      (lut_index      ),
.lut_dev_addr   (lut_data[31:24]),
.lut_reg_addr   (lut_data[23:8] ),
.lut_reg_data   (lut_data[7:0]  ),
.error          (               ),
.done           (               ),
.i2c_scl        (hdmi_scl       ),
.i2c_sda        (hdmi_sda       )
);lut_hdmi lut_hdmi_m0
(
.lut_index (lut_index),
.lut_data  (lut_data )
);design_1_wrapper u_design_1_wrapper(.CLK_IN1_D_0_clk_n(CLK_IN1_D_0_clk_n),.CLK_IN1_D_0_clk_p(CLK_IN1_D_0_clk_p),.DDR3_0_addr      (DDR3_0_addr      ),.DDR3_0_ba        (DDR3_0_ba        ),.DDR3_0_cas_n     (DDR3_0_cas_n     ),.DDR3_0_ck_n      (DDR3_0_ck_n      ),.DDR3_0_ck_p      (DDR3_0_ck_p      ),.DDR3_0_cke       (DDR3_0_cke       ),.DDR3_0_cs_n      (DDR3_0_cs_n      ),.DDR3_0_dm        (DDR3_0_dm        ),.DDR3_0_dq        (DDR3_0_dq        ),.DDR3_0_dqs_n     (DDR3_0_dqs_n     ),.DDR3_0_dqs_p     (DDR3_0_dqs_p     ),.DDR3_0_odt       (DDR3_0_odt       ),.DDR3_0_ras_n     (DDR3_0_ras_n     ),.DDR3_0_reset_n   (DDR3_0_reset_n   ),.DDR3_0_we_n      (DDR3_0_we_n      ),.clk_200m         (clk_200m         ),.clk_hdmi         (clk_hdmi         ),.ddr3_ok          (ddr3_ok          ),.pll_resetn       (pll_resetn       ),.resetn           (resetn           ),.ud_r_0_ud_rclk   (ud_r_0_ud_rclk   ),.ud_r_0_ud_rdata  (ud_r_0_ud_rdata  ),.ud_r_0_ud_rde    (ud_r_0_ud_rde    ),.ud_r_0_ud_rempty (ud_r_0_ud_rempty ),.ud_r_0_ud_rvs    (ud_r_0_ud_rvs    ),.ud_w_0_ud_wclk   (ud_w_0_ud_wclk   ),.ud_w_0_ud_wdata  (ud_w_0_ud_wdata  ),.ud_w_0_ud_wde    (ud_w_0_ud_wde    ),.ud_w_0_ud_wfull  (ud_w_0_ud_wfull  ),.ud_w_0_ud_wvs    (ud_w_0_ud_wvs    ),.ui_clk_100m      (ui_clk_100m      ));   helai_log_algorithm u_helai_log_algorithm(.i_vid_hs  (),.i_vid_vs  (),.i_vid_de  (),.i_vid_rgb (i_rgb),  .o_vout_hs (),.o_vout_vs (),.o_vout_de (),.o_vout_rgb(log_rgb)
);video_timing_control vga(.i_clk  (clk_hdmi   ),  .i_rst_n(pll_resetn ), .i_rgb  (log_rgb    ),.o_hs   (o_hs       ),.o_vs   (o_vs       ),.o_de   (o_de       ),.o_rgb  (o_rgb      ),.o_x_pos(),.o_y_pos()
);
endmodule

6、上板调试验证并演示

FPGA纯verilog代码实现图像对数变换，提供工程源码和

7、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：

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