Using FPGA to implement \"conjugate transformation\" image processing method

In recent years, the application of low-light, infrared, and X-ray image sensors in military, scientific research, industrial and agricultural production, medical and health fields has become more and more extensive. However, due to the physical defects of these imaging devices themselves, the visual effect is not ideal, and the image often needs to be properly processed to obtain an image suitable for human observation or machine recognition. Therefore, the market urgently needs a large number of efficient real-time image processors to process such images at the back end of the sensor. The emergence of FPGA has solved this problem. In the past decade, with the rapid development of FPGA (field programmable gate array) technology, FPGA has gradually entered the field of digital signal processing, especially in real-time image processing. Xilinx\'s research shows that in 2000, the shipment volume of FPGAs mainly used for DSP applications increased by 50%, while conventional DSPs increased by about 40%. Due to the unparalleled parallel processing capabilities of FPGAs, the application of FPGAs in the field of image processing continues to rise. At home and abroad, more and more real-time image processing applications have turned to FPGA platforms. Compared with PDSP, FPGA will dominate more front-end (such as sensor) applications in the future, while PDSP will focus on the application field of complex algorithms. It can be said that FPGA is a major change in digital signal processing. Algorithms are the soul of image processing applications and the foundation for hardware to exert its powerful functions. The \"conjugate transform\" image processing method is a new type of image processing algorithm proposed by Dr. Zheng Zhijie in the early 1990s. This algorithm uses the primitive shape (meta-shape) technology, and the characteristics of this technology happen to have the dual characteristics of geometry and topology, so that a large number of different morphology-based grayscale image processing filters can be implemented by this method. This algorithm performs image processing in the spatial domain, without a large number of complex arithmetic operations. The algorithm is simple, fast, efficient, and easy to implement in hardware. Through more than ten years of experiments and practice, it has been proved that in the field of low-light image, infrared image, and X-ray image processing, the \"conjugate transform\" image processing method does have its unique and excellent performance. This paper focuses on the application of the \"conjugate transform\" image processing method in the field of low-light image processing, and studies how to implement the \"conjugate transform\" image processing method on FPGA. First, in the Matlab environment, the commonly used image enhancement algorithms and the \"conjugate transformation\" image processing method are compared, and on the basis of designing and making the \"FPGA video processing development platform\", the basic core of the \"conjugate transformation\" image processing method is implemented with VHDL, and the hardware implementation and effect verification of the algorithm are carried out. In addition, this paper also discusses in detail the acquisition of video streams and their encoding and decoding issues as well as the FPGA implementation of the I2C bus.