Alpha半透明图形叠加算法Matlab+Verilog的设计实现

Alpha算法的研究

Alpha通道是一个8位的灰度通道，该通道用256级灰度来记录图像中的透明度信息，定义透明、不透明和半透明区域，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：假设一幅图象是A，另一幅透明的图象是B，那么透过B去看A，看上去的图象C就是B和A的混合图象，设B图象的透明度为alpha(取值为0-1，1为完全透明，0为完全不透明)。Alpha每个通道色彩混合公式如下：

R(x)、G(x)、B(x)分别指颜色x的RGB分量原色值。从上面的公式可以知道，Alpha其实是一个决定混合透明度的数值。改变这个 alpha 值可以得到一个渐变的效果。分离RGB色用"位与"、"移位"运算的方法。

透明的比例按2的N次幂来分级，这样可以快速运算。如果是按256级Alpha = 1/256，B图的权重 = (256-n)/256，则A图的权重= n/256，由式 6-1可以得到红色通道256级半透明算法：

1.2. Alpha算法实现

1.2.1. Matlab代码

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% Filename              :       RGB_Alpha.m

% Data                  :       2013-04-22

% Version               :       1.0

% Description           :       Alpha Algorithm of 2 RGB Image.

% Modification History  :

% 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缓存数据

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% Read PC iamge to Matlab

IMG1 = imread('E:Matlab_InformationMatlab_ProjectBMPFish2.bmp');    % 读取RGB文件，X光的鱼图

IMG2 = imread('E:Matlab_InformationMatlab_ProjectBMPWater.bmp');    % 读取RGB文件，绿叶湖泊

h = size(IMG1,1);         % 读取图像高度

w = size(IMG1,2);         % 读取图像宽度

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. 效果图

1.2.3.半透明算法的FPGA实现

在Verilog中，通过组合逻辑，运用内嵌乘法器，以及移位运算，可以快速实现对两幅图像的透明度的实时控制。设计中设定了256级半透明级数，通过按键来控制alpha_data的参数，从而实现调节两幅图像之间的透明度。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; //红色通道
2  
3 wire [15:0] gre_data =  ((8'd255-alpha_data)*lcd_data_reg[10:5]+  alpha_data * lcd_data_in[10:5])>> 8; //绿色通道
4  
5 wire [15:0] blu_data =  ((8'd255-alpha_data)*lcd_data_reg[4:0]+  alpha_data * lcd_data_in[4:0])>> 8; //蓝色通道
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

为测试半透明算法，将分形图与彩条叠加，通过外部按键的调节，验证了此半透明算法的正确性。VGA半透明图形叠加如下图所示，此时即可见分形图，又可见8条彩条，两者相互融合。

图 6-1 半透明算法验证图