CN100508549C - 一种图像数字缩放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种图像数字缩放系统，包括图像传感器(1)，图像预处理装置(2)，图像缩放控制装置(3)，显示图像缩放装置(4)、图像显示装置(7)、压缩图像缩放装置(5)和图像压缩存储装置(6)，其中显示图像缩放器(4)用于对来自于图像缩放控制器(3)的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给显示装置(7)；压缩图像缩放装置(5)对来自于图像缩放控制器(3)的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给压缩存储装置(6)，本发明的图像数字缩放系统本成本低廉、实用性强，操作界面所见即所得并且易于硬件实现。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体地涉及图像数字缩放领域。
背景技术
在进行图像拍照时，通常我们要通过调节镜头来调节取景框中图像的大小；当用户选取了大小合适的图像后，他可以将当前的图像拍摄下来。这种通过镜头对图像进行放大或缩小的办法叫“光学缩放”。但是，对于低成本或者微型拍照设备来说，比如手机，通常没有光学镜头，这时就要采用数字缩放的技术。所谓“数字缩放”，是指在进行数字图像拍摄时，不是通过改变镜头来缩小或者放大被拍照物体的大小，而是通过数字处理使取景框中的图像和拍摄的图像进行放大或缩小。中国专利CN2736865公开了一种数字图像放大或者缩小的方法，并将这种方法应用到一种图像拍照系统中，可以对图像进行缩放并进行显示处理和压缩存储处理，能够满足数字图像拍照的一些基本应用，比如拍照、显示等；但是它并不支持图像的数字缩放，本发明是在上述专利的基础上的进行了扩充，提供了一种低成本、易于硬件实现的所见即所得的数字图像缩放系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是要克服目前现有技术的缺陷，提出一种低成本、实用性强和易于硬件实现的图像数字缩放系统。
(二)技术方案
本发明提出一种图像数字缩放系统，这个系统包括以下部分：图像传感器，用于将外部图像的光信号转换为电信号，并以数字的形式输出；图像预处理装置，用于将上述图像传感器输出的数字信号转换为YUV格式的图像；图像缩放控制装置，用于对所述YUV格式的图像的大小和位置进行调节，并输出图像；在图像缩放控制装置中，有两个计数器，分别是行计数器和象素计数器，利用这两个计数器选取行的步骤如下：当新的一帧图像到来时，将行计数器清零；当新的一行到来时，行计数器自动加一；判断行计数器值是否小于窗口起始点横坐标，如结果为“是”，则不输出该行数据；如结果为“否”，则判断行计数器值是否大于窗口起始点横坐标与窗口高度之和，如结果为“是”，则不输出该行数据，如果以上条件均不满足则输出当前行数据；对于已经选取的行，其要选取的象素步骤与上述步骤相同，只是将行变为列，行计数器变为象素计数器，窗口起始点横坐标变为窗口起始点纵坐标，窗口高度变为窗口宽度；显示图像缩放装置和图像显示装置，显示图像缩放装置用于对来自于图像缩放控制装置的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给图像显示装置；压缩图像缩放装置和图像压缩存储装置，压缩图像缩放装置用于对来自于图像缩放控制装置的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给图像压缩存储装置。
其中，所述的图像缩放控制装置包含六个分别存储了图像宽度参数、图像高度参数、窗口宽度参数、窗口高度参数、窗口起始点横坐标参数和窗口起始点纵坐标参数的图像缩放寄存器，图像缩放控制装置根据以上寄存器的参数设置来调节输出图像的大小和位置。
其中，所述的显示图像缩放装置包含三个分别存储了显示图像宽度、显示图像高度和显示图像尺寸变换器比例的图像显示寄存器，显示图像缩放装置根据以上图像显示寄存器的参数设置，对来自图像缩放控制装置的图像进行放大或缩小，并且输出给图像显示装置。
其中，所述的压缩图像缩放装置包含三个分别存储了捕捉图像的宽度、捕捉图像的高度和捕捉图像尺寸变换器比例的图像压缩寄存器，压缩图像缩放装置根据以上图像压缩寄存器的参数设置对来自于图像缩放控制装置的图像进行放大或者缩小，并且输出给图像压缩存储装置。
其中，所述图像缩放寄存器的配置由软件实现。
其中，所述的图像显示装置是LCD显示屏或VGA显示屏。
其中，所述的图像压缩存储装置的压缩存储格式为JPEG或MPEG。
(三)有益效果
本发明的图像数字缩放系统成本低廉、实用性强，操作界面所见即所得并且易于硬件实现。
附图说明
图1为本发明的图像尺寸变换示意图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为本发明的图像信息转换时序示意图；
图4为本发明所述图像缩放寄存器的参数示意图；
图5为本发明的行和象素选取的流程图。
图中：SENSOR_WIDTH、输入图像的宽度；SENSOR_HEIGHT、输入图像的高度；WINDOW_WIDTH、窗口的宽度；WINDOW_HEIGHT、窗口的宽度；WINDOW_START_X、窗口起始点的横坐标；WINDOW_START_Y、窗口起始点的纵坐标。
具体实施方式
如图1所示，在进行数字缩放时，原始图像从图2中的图像传感器1输入，经过插值、颜色空间转换等模块变成与YUV422的数据，数字缩放就是在YUV422的颜色空间上进行处理的。首先在图1的输入图像(input image)中取一个窗口(source window)，仅对该窗口中的图像进行处理，利用两个图像尺寸变换器对窗口中的输入图像进行放大或缩小，输出的图像分别送给LCD屏去显示，或者送给捕捉模块进行捕捉。
图2 是本发明中的数字缩放系统的系统结构图，图像传感器1将外部图像的光信号转化为电信号，并以数字的形式输出出来。图像传
| R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G |
| G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B |
| R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G | R | G |
| G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B | G | B |
感器通常是一颗单独的芯片，它的输出通常是Bayer pattern的，即每一个象素只有一种颜色值，如下表所示：
但是，图像放大或者缩小是在YUV空间上所做的，因此首先要将Bayer pattern转化为YUV422。YUV422是指每个象素都有一个亮度值(Y)，对于颜色相关的值，在同一行上相邻的两个象素共有一个U值和一个V值。这个转换是在图像预处理装置2内部所做的，经过该模块后，时序图如图3所示。
图像缩放控制器3接受来自图像预处理装置2的YUV422图像数据，并通过软件配置以下参数的寄存器，用于对图像数字缩放进行控制：
SENSOR_WIDTH：输入图像的宽度
SENSOR_HEIGHT：输入图像的高度
WINDOW_WIDTH：窗口的宽度
WINDOW_HEIGHT：窗口的宽度
WINDOW_START_X：窗口起始点的横坐标
WINDOW_START_Y：窗口起始点的纵坐标
以上参数的具体含义可参见图4。
当需要对显示屏上的图像进行放大(zoom in)或者缩小(zoom out)时，系统会根据放大或缩小指令来配置这些寄存器，从输入图像(sensor frame)中选取合适的窗口(active window)。在系统启动时，输入图像和选取的窗口一样大，这时只能进行放大，不能缩小。当图像缩放控制器，会对window_width，window_height，window_start_x和window_start_y进行配置，这时选取的窗口小于输入图像；但是同样的显示屏显示了更少的物体，就相当于把物体放大了。
在图像缩放控制器3中，有两个计数器，分别对当前帧的行和每一行的象素进行计数，它们分别是行计数器(line_cnt)和象素计数器(pixel_cnt)，本发明利用这两个计数器来选取合适的窗口，具体过程参见图5，选取行的步骤如下：
当新的一帧图像到来时，将行计数器清零；
当新的一行到来时，行计数器自动加一；
判断行计数器值是否小于窗口起始点横坐标，如结果为“是”，则不输出该行数据；如结果为“否”，则判断行计数器值是否大于窗口起始点横坐标与窗口高度之和，如结果为“是”，则也不输出该行数据，这两种条件满足意味着当前行在所选取的窗口之外。如果以上条件均不满足则该行在选取的窗口之内，应输出当前行数据。然后会转入帧结束检测步骤，根据line_cnt与sensor_height来判断当前这一帧是否结束。
如果当前帧，则开始下一帧的操作，否则则对当前帧的下一行进行操作。
对于已经选取的行，其要选取的象素也如图5所示，只不过这里行变为列，行计数器(line_cnt)变为象素计数器(pixel_cnt)，窗口起始点横坐标(window_start_x)变为窗口起始点纵坐标(window_start_y)，窗口高度(window_height)变为窗口宽度(window_width)。
在图2的显示图像缩放装置4中，根据以下参数对来自于图像缩放控制模块的图像进行放大或者缩小，然后将图像发送给图像显示装置7(LCD屏或VGA)显示，这些参数存放在相应的图像显示寄存器中：
DISPLAY_TARGET_WIDTH：显示图像的宽度
DISPLAY_TARGET_HEIGHT：显示图像的宽度
DISPLAY_SIZER_RATIO：显示图像尺寸变换器的比例
在图2的压缩图像缩放装置5中，根据以下参数对来自于图像缩放控制装置3的图像进行放大或者缩小，然后将图像发送给图像压缩存储装置6(JPEG或MPEG等)，这些参数存放在相应的图像压缩寄存器中：
CAPTURE_TARGET_WIDTH：捕捉图像的宽度
CAPTURE_TARGET_HEIGHT：捕捉图像的宽度
CAPTURE_SIZER_RATIO：捕捉图像尺寸变换器的比例
系统的运行过程如下：进行初始化之后，打开图像传感器的输出，并打开图像缩放器，这样显示图像缩放器开始工作，将窗口里的图像传感器的输出图像进行尺寸变换，并将变换后的图像显示在LCD屏上。如果屏上图像的物体太小或者太大，我们就改变窗口的大小。例如使窗口变小，并使显示图像尺寸变换器的比例作相应的变化(一般来说显示图像的尺寸不会变化)，屏上的物体就会放大，但显示的物体就少了；反之，如果窗口变大，则屏上的物体就会变小，不过显示的物体就多了。这时要改变的参数有：WINDOW_WIDTH、WINDOW_HEIGH、WINDOW_START_X、WINDOW_START_Y、DISPLAY_TARGET_WIDTH、DISPLAY_TARGET_HEIGHT、DISPLAY_SIZER_RATIO。
经过这种反复的调整后，当屏上的物体大小合适时，可以对显示区域的图像进行捕捉，这时要根据对捕捉图像的尺寸进行配置，并根据它和当前窗口的大小计算捕捉图像尺寸变换器的比例，然后打开捕捉图像尺寸变换器。这样，捕捉图像尺寸变换器就会对输入窗口中的图像进行处理，并将输出的图像送给图像捕捉模块进行捕捉。
Claims (7)
1、一种图像数字缩放系统，其特征在于，所述系统包括：
图像传感器(1)，用于将外部图像的光信号转换为电信号，并以数字的形式输出；
图像预处理装置(2)，用于将上述图像传感器(1)输出的数字信号转换为YUV格式的图像；
图像缩放控制装置(3)，用于对所述YUV格式的图像的大小和位置进行调节，并输出图像；在图像缩放控制装置(3)中，有两个计数器，分别是行计数器和象素计数器，利用这两个计数器选取行的步骤如下：当新的一帧图像到来时，将行计数器清零；当新的一行到来时，行计数器自动加一；判断行计数器值是否小于窗口起始点横坐标，如结果为“是”，则不输出该行数据；如结果为“否”，则判断行计数器值是否大于窗口起始点横坐标与窗口高度之和，如结果为“是”，则不输出该行数据，如果以上条件均不满足则输出当前行数据；对于已经选取的行，其要选取的象素步骤与上述步骤相同，只是将行变为列，行计数器变为象素计数器，窗口起始点横坐标变为窗口起始点纵坐标，窗口高度变为窗口宽度；
显示图像缩放装置(4)和图像显示装置(7)，显示图像缩放装置(4)用于对来自于图像缩放控制装置(3)的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给图像显示装置(7)；
压缩图像缩放装置(5)和图像压缩存储装置(6)，压缩图像缩放装置(5)用于对来自于图像缩放控制装置(3)的图像进行放大或缩小处理，然后将图像输出给图像压缩存储装置(6)。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的图像缩放控制装置(3)包含六个分别存储了图像宽度参数、图像高度参数、窗口宽度参数、窗口高度参数、窗口起始点横坐标参数和窗口起始点纵坐标参数的图像缩放寄存器，图像缩放控制装置(3)根据以上寄存器的参数设置来调节输出图像的大小和位置。
3、如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的显示图像缩放装置(4)包含三个分别存储了显示图像宽度、显示图像高度和显示图像尺寸变换器比例的图像显示寄存器，显示图像缩放装置(4)根据以上图像显示寄存器的参数设置，对来自图像缩放控制装置(3)的图像进行放大或缩小，并且输出给图像显示装置(7)。
4、如权利要求3所述的系统，其特征在于所述的压缩图像缩放装置(5)包含三个分别存储了捕捉图像的宽度、捕捉图像的高度和捕捉图像尺寸变换器比例的图像压缩寄存器，压缩图像缩放装置(5)根据以上图像压缩寄存器的参数设置对来自于图像缩放控制装置(3)的图像进行放大或者缩小，并且输出给图像压缩存储装置(6)。
5、如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的图像缩放寄存器的配置由软件实现。
6、如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的图像显示装置(7)是LCD显示屏或VGA显示屏。
7、如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的图像压缩存储装置(6)的压缩存储格式为JPEG或MPEG。
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| 视频图像缩放的设计及实现. 汪颖，陈涛，王维东，张明.电视技术，第6期. 2004 |
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