CN101783857B - 一种基于fpga在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法，包括步骤：A.经过n个移位寄存器的移位操作将第一行图像数据送入第一个足以存放一行图像数据大小的先入先出存储器；B.第二行数据送达时，将第二行数据通过步骤A中的n个FD存入至第一个FIFO并同时将第一行的数据经过处于第一个FIFO前向的n-1个FD存入至第二个FIFO；C.如此按步骤B进行，直到第n行的第n个图像数据送达至第一个FD时，前n-1个FIFO也分别读出了n-1个数据到其前向的n-1个FD中，通过读取这些FIFO和FD的输出端我们就可以得到一个n*n的图像矩阵，然后既可以按照所需要的算法进行处理。该方法尽可能的充分利用FPGA有限的片上资源，使得边界效应的处理简便化，并使实时性达到最高。

Description

一种基于FPGA在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法
技术领域：
本发明涉及一种实时图像预处理方法，尤其涉及的是一种基于FPGA(Fied-Programmable Gage Array现场可编辑门阵列)在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法。
背景技术：
在高分辨率扫描成像系统中，基于FPGA的图像预处理都会涉及到矩阵化运算(例如bayer转RGB的插值计算)，这就势必需要用存储器(内部或者外部的)暂存几行或者整个一帧图像数据然后按照矩阵相乘的方法来处理。如果需要处理一个n*n图像阵列的话，则需要大于等于n个RAM或FIFO来作为图像数据缓冲，特别是对于高分辨率的扫描图像进行处理而言不仅浪费了很多FPGA宝贵的片上RAM资源，而且会使得边界效应的处理复杂化。不仅如此由于需要在处理前存储多行图像数据导致整个系统的实时性不高。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的高分辨率扫描成像系统中的图像矩阵化预处理方法，尽可能的充分利用FPGA有限的片上资源，使得边界效应的处理简便化，并使实时性达到最高，最终形成一种适合于一般高分辨率扫描成像系统中图像预处理的模板。
以下介绍本发明的具体技术方案：
一种基于FPGA在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法，其包括以下步骤：
A.经过n个移位寄存器(后简称为FD)的移位操作将第一行图像数据送入第一个足以存放一行图像数据大小的先入先出存储器(后简称FIFO)。
B.第二行数据送达时，将第二行数通过步骤A中的n个FD存入至第一个FIFO并同时将第一行的数据经过处于第一个FIFO前向的n-1个FD存入至第二个FIFO。
C.如此按步骤B进行，直到第n行的第n个图像数据送达至第一个FD时，前n-1个FIFO也分别读出了n-1个数据到其前向的n-1个FD中，通过读取这些FIFO和FD的输出端我们就可以得到一个n*n的图像矩阵，然后既可以按照所需要的算法进行处理。
本发明的有益效果为：
在传统的扫描系成像统中，如果需要处理一个n*n图像阵列的话，则需要大于等于n个RAM或FIFO，而现提出的方法却只需要n-1个RAM或FIFO。
对于处理一般的3*3的图像矩阵可以节省1/3的RAM或FIFO的资源开销，简便了边界效应的处理，实时性也达到了最高。并且此方法更可以适用于一般图像信号的算法处理，例如Sobel算子，中值滤波，Bayer图像的彩色恢复等等。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1是本发明方法在实施例中的结构图；
图2是本发明方法在实例中bayer图像的格式示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合图1和图2，对本发明在高分辨率扫描成像中的bayer信号转RGB图像信号的预处理实例中进行详细说明。
在此扫描成像系统中，需要将2592*1944的高分辨率bayer图像信号预处理成RGB彩色信号，所以需要图像数据按照3*3矩阵进行插值计算。8位图像信号送到第一个移位寄存器，然后经过移位操作从FD(移位寄存器)存入左边第一个4192-Byte-FIFO，存入一行图像数据后，等第二行图像数据送达时，第二行的图像数据经过移位操作从FD存入左边第一个FIFO(先入先出存储器)，同时存储在第一个FIFO的数据开始读出到第四个FD，再经过移位操作存入第二个FIFO，等两行图像数据都存储之后，当第三行图像数据送达至第三个FD同时后两个FIFO分别读出读出前两行的前三个图像数据时，我们就可以从FD和FIFO的输出端口读取到一个3*3的图像数据矩阵，然后就可以根据插值计算公式计算RGB信号。
模板计算，不可避免地存在边界效应。运用本方法也可以简便地对其进行处理，对边界处理如下：对图像四周全部补零，即将先将图像扩展成2594*1946大小，然后计算得到2592*1944大小的图像，这样的得到的图像仍是完整尺寸。只需在运算时候，针对不同四周特殊的像素采用裁减的公式(系统中不产生零像素，只是对计算公式中相应边界元素补零)。过程如下：
第一行图像读入第一个FIFO后，第二行图像开始读入左边第一个FD时候，开始计算第一行真彩数据，这时候第二个FIFO没有数据，相当于在第一行的数据前面补零。
第1944行图像读入第一个FIFO后，第1943行图像读入第二个FIFO时候，开始计算最后一行(第1944行)，这时候第一个FD已经没有数据读入，相当于在第1944行的数据后面补零。
对列的操作也是如此，每一行的第一个元素读出到B，E，H位置时开始计算，这样每一列的第一个元素前相当于是零元素。每一行的最后一个元素读出到B，E，H位置时开始计算，这样每一列的最后一个元素后相当于是零元素。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于FPGA在高分辨率成像系统中的图像矩阵化预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.经过n个移位寄存器FD的移位操作将第一行图像数据送入第一个足以存放一行图像数据大小的先入先出存储器FIFO；
B.第二行数据送达时，将第二行数据通过步骤A中的n个FD存入至第一个FIFO并同时将第一行的数据经过处于第一个FIFO前向的n-1个FD存入至第二个FIFO；
C.如此按步骤B进行，直到第n行的第n个图像数据送达至第一个FD时，前n-1个FIFO也分别读出了n-1个数据到其前向的n-1个FD中，通过读取这些FIFO和FD的输出端我们就可以得到一个n*n的图像矩阵，然后即可以按照所需要的算法进行处理。 
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