Alpha半透明圖形疊加算法Matlab+Verilog的設計實(shí)現

Alpha算法的研究

Alpha通道是一個(gè)8位的灰度通道，該通道用256級灰度來(lái)記錄圖像中的透明度信息，定義透明、不透明和半透明區域，其中黑表示全透明，白表示不透明，灰表示半透明[15]。

半透明混合算法目前在常用到的算法是AlphaBlend。其算法如下：假設一幅圖象是A，另一幅透明的圖象是B，那么透過(guò)B去看A，看上去的圖象C就是B和A的混合圖象，設B圖象的透明度為alpha(取值為0-1，1為完全透明，0為完全不透明)。Alpha每個(gè)通道色彩混合公式如下：

R(x)、G(x)、B(x)分別指顏色x的RGB分量原色值。從上面的公式可以知道，Alpha其實(shí)是一個(gè)決定混合透明度的數值。改變這個(gè) alpha 值可以得到一個(gè)漸變的效果。分離RGB色用"位與"、"移位"運算的方法。

透明的比例按2的N次冪來(lái)分級，這樣可以快速運算。如果是按256級Alpha = 1/256，B圖的權重 = (256-n)/256，則A圖的權重= n/256，由式 6-1可以得到紅色通道256級半透明算法：

1.2. Alpha算法實(shí)現

1.2.1. Matlab代碼

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% Filename              :       RGB_Alpha.m

% Data                  :       2013-04-22

% Version               :       1.0

% Description           :       Alpha Algorithm of 2 RGB Image.

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% Data          By          Version         Change Description

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% 13/04/22      CrazyBingo  1.0             Original

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clear all;  %清除Matlab緩存數據

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% Read PC iamge to Matlab

IMG1 = imread('E:Matlab_InformationMatlab_ProjectBMPFish2.bmp');    % 讀取RGB文件，X光的魚(yú)圖

IMG2 = imread('E:Matlab_InformationMatlab_ProjectBMPWater.bmp');    % 讀取RGB文件，綠葉湖泊

h = size(IMG1,1);         % 讀取圖像高度

w = size(IMG1,2);         % 讀取圖像寬度

figure(1);

subplot(1,2,1);

imshow(uint8(IMG1));

subplot(1,2,2);

imshow(uint8(IMG2));

% -----------------------------------------------------------------------

% IMG1 add tO IMG2 with alpha algorthm

ALPHA_PARAM = 0.6;

IMG1 = double(IMG1);

IMG2 = double(IMG2);

IMG3 = zeros(h,2,3); for i = 1 : h for j = 1 : w

        IMG3(i,j,1) = IMG1(i,j,1)*ALPHA_PARAM + IMG2(i,j,1)*(1-ALPHA_PARAM);

        IMG3(i,j,2) = IMG1(i,j,2)*ALPHA_PARAM + IMG2(i,j,2)*(1-ALPHA_PARAM);

        IMG3(i,j,3) = IMG1(i,j,3)*ALPHA_PARAM + IMG2(i,j,3)*(1-ALPHA_PARAM);

    end

end

% -------------------------------------------------------------------------

figure(2);

imshow(uint8(IMG3));

title('Alpha Image with IMG1 & IMG2');

imwrite(IMG3,'E:Matlab_InformationMatlab_ProjectRGB_Alpha_ProcessRGB_Alpha.bmp');  %保存重建后的BMP

1.2.2. 效果圖

1.2.3.半透明算法的FPGA實(shí)現

在Verilog中，通過(guò)組合邏輯，運用內嵌乘法器，以及移位運算，可以快速實(shí)現對兩幅圖像的透明度的實(shí)時(shí)控制。設計中設定了256級半透明級數，通過(guò)按鍵來(lái)控制alpha_data的參數，從而實(shí)現調節兩幅圖像之間的透明度。Verilog算法如下所示：

1 wire [15:0] red_data = ((8'd255-alpha_data)* lcd_data_reg[15:11]+  alpha_data * lcd_data_in[15:11])>> 8; //紅色通道
2  
3 wire [15:0] gre_data =  ((8'd255-alpha_data)*lcd_data_reg[10:5]+  alpha_data * lcd_data_in[10:5])>> 8; //綠色通道
4  
5 wire [15:0] blu_data =  ((8'd255-alpha_data)*lcd_data_reg[4:0]+  alpha_data * lcd_data_in[4:0])>> 8; //藍色通道
6  
7 assign lcd_data = disp_area?{red_data[4:0],gre_data[5:0],  blu_data[4:0]} : lcd_data_reg; //RGB合并

為測試半透明算法，將分形圖與彩條疊加，通過(guò)外部按鍵的調節，驗證了此半透明算法的正確性。VGA半透明圖形疊加如下圖所示，此時(shí)即可見(jiàn)分形圖，又可見(jiàn)8條彩條，兩者相互融合。

圖 6-1 半透明算法驗證圖