CN102905074B

CN102905074B - 一种数码变焦装置及方法

Info

Publication number: CN102905074B
Application number: CN201210411888.9A
Authority: CN
Inventors: 李炜; 陈战夫
Original assignee: Inlife Handnet Co Ltd
Current assignee: Inlife Handnet Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN102905074A

Abstract

一种数码变焦装置及方法，数码变焦装置包括用于获取原始图像并将其图像信息输出的DSP模块，与DSP模块相连接收其输出的图像信息、根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像的FPGA模块；DSP模块接收FPGA模块输出的处理图像对其进行插值放大处理并输出放大图像。数码变焦方法包括步骤：S1、DSP模块输出获取的原始图像的图像信息；S2、FPGA模块根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像；S3、DSP模块对处理图像进行插值放大处理并输出放大图像。本发明既充分利用了FPGA运行速度快，又充分利用了DSP运算能力强，能及时处理图像数据，且插值效果好，反应快、工作效率高。

Description

一种数码变焦装置及方法

技术领域

本发明涉及变焦技术领域，尤其涉及一种数码变焦装置及方法。

背景技术

数码变焦（Digital Zoom），就是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个像素面积增大，从而达到放大的目的。这种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大，不过程序在数码相机内进行，把原来CCD（Charge CoupledDevice，电荷耦合元件）影像感应器上的一部分像素使用“插值”处理手段放大，将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。在早先数码相机与镜头技术还没有很发达的时候，有些厂家为了推出体积小巧、机身轻薄的产品，不得不取消光学变焦，而使用数码变焦功能，这样就既可达到产品小巧的目的，又能够有效的控制成本。另一方面，数码变焦虽然在拍摄后对画质有一定影响，但是在拍摄以前开启数码变焦功能，能够放大所要拍摄的景物，在一定范围内放大后，可以更加方便地查看放大后的景物，这一点在微距拍摄时可以用到，还是有一定实用价值的。而且，随着数码相机技术的不断发展，数码变焦后拍摄的图像，经过相机内部处理器的处理后，其质量已经有了很大进步，很多时候已经完全能够满足网络照片的使用了。

然而，现在相机变倍调焦的控制方法多采用单片机来完成，采用单片机控制的优点在于编程方法简单，易于实现，但单片机高速运算能力较差，工作效率低，反应速度慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术数码变焦中采用的单片机高速运算能力较差、工作效率低、反应速度慢等的缺陷，提供一种数码变焦装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种数码变焦装置，包括用于获取原始图像并将其图像信息输出的DSP模块，与DSP模块相连接收其输出的图像信息、根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像的FPGA模块；DSP模块接收FPGA模块输出的处理图像对其进行插值放大处理并输出放大图像。

优选的，所述插值放大处理为二次样条插值。

优选的，所述图像信息包括原始图像的起始位置、中间位置、终点位置、偏移宽度a以及行、场、使能、数据信号。

优选的，所述配置参数为每帧图像一行所取的有效像素点以及每帧图像一行的偏移宽度a。

本发明还提供了一种数码变焦方法，采用DSP模块、与DSP模块相连的FPGA模块；包括以下步骤：

S1、DSP模块将获取的原始图像的图像信息输出至FPGA模块；其中，图像信息包括所述原始图像的起始位置、中间位置、终点位置、偏移宽度a以及行、场、使能、数据信号。

S2、FPGA模块根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像至DSP模块；其中，配置参数为每帧图像一行所取的有效像素点以及每帧图像一行的偏移宽度a，例如一行的像素点是1280，取90%的点，那么有效像素点就是1280*0.9=1152。

S3、DSP模块对处理图像进行插值放大处理并输出放大图像；其中，插值放大处理为二次样条插值，即数值分析中的样条插值。

优选的，所述缓存截取处理包括以下步骤：

S21、原始图像分为左右两幅同样大小的左图像和右图像；

S22、左图像以其中心向左右两边偏移宽度a，并保留左中心区域数据；

S23、右图像以其中心向左右两边偏移宽度a，保留右中心区域数据；

S24、左中心区域数据和右中心区域数据分别以原始中心为中心向中间靠拢；左右两边再各补宽度a/2数据；

S25、合成处理图像并输出。

实施本发明的数码变焦装置及方法，具有以下有益效果：既充分利用了FPGA运行速度快的优势，又充分利用了DSP强大的运算能力，能及时处理图像数据，且插值效果好，反应快迅速、速度快、工作效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明数码变焦装置实施例的结构示意图；

图2是本发明数码变焦方法实施例的流程示意图；

图3A是本发明数码变焦方法实施例的原始图像示意图；

图3B是本发明数码变焦方法实施例的中间图像示意图；

图3C是本发明数码变焦方法实施例的处理图像示意图；

图4是本发明数码变焦方法实施例的地址读取示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在本发明的数码变焦装置中，采用DSP+FPGA协同工作，依据DSP传递给FPGA的配置参数，FPGA实现对图像的截取功能，截取后的图像再传送给DSP，DSP再利用其自身强大的运算能力，实现对图像的插值放大；本发明既充分利用了FPGA运行速度快的优势又充分利用了DSP强大的运算能力，解决了图像在ZOOM的过程中反应不及时，速度慢，工作效率低等问题，实现了720P（1080P同理）图像的ZOOM功能。

其中，DSP（Digital Signal Processor）是一种独特的微处理器，具有强大的控制能力和运算能力，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

FPGA（Field Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点，即FPGA编程灵活，运行速度很快。

在本发明提供的一种数码变焦装置实施例中，如图1所示，包括用于获取原始图像并将其图像信息输出的DSP模块1，与DSP模块1相连接收其输出的图像信息、根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像的FPGA模块2；DSP模块1接收FPGA模块2输出的处理图像并对其进行插值放大处理并输放大出图像。其中，图像信息包括原始图像的起始位置、中间位置、终点位置、偏移宽度a以及行、场、使能、数据信号；配置参数为每帧图像一行所取的有效像素点以及每帧图像一行的偏移宽度a。

本发明还提供一种数码变焦方法，采用DSP模块1、与DSP模块1相连的FPGA模块2；包括以下步骤：

S1、DSP模块1将获取的原始图像的图像信息输出至FPGA模块2；其中，图像信息包括所述原始图像的起始位置、中间位置、终点位置、偏移宽度a以及行、场、使能、数据信号。

S2、FPGA模块2根据配置参数对原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像至DSP模块1；其中，配置参数为每帧图像一行所取的有效像素点以及每帧图像一行的偏移宽度a，例如一行的像素点是1280，取90%的点，那么有效像素点就是1280*0.9=1152。

S3、DSP模块1对处理图像进行插值放大处理并输出放大图像；插值放大处理为二次样条插值，即数值分析中的样条插值。

如图3A-3C所示，缓存截取处理包括以下步骤：

S21、原始图像分为左右两幅同样大小的左图像和右图像；

S24、左中心区域数据和右中心区域数据以原始中心为中心向中间靠拢；左右两边再各补宽度a/2数据；

S25、合成处理图像并输出。

如图3A所示，原始图片（即DSP传递给FPGA的图片）为左右两幅同样大小的图拼接而成，假定DSP传递给FPGA的偏移宽度值为a，那么左右两边各以左右两边的中心偏移宽度为a；如图3B所示，（所保留的图像数据为两线中含有左，右两字的区域）；依据要求，所保留的数据以原始中心为中心，向中间靠拢，左右两边再各补a/2宽度的数据（如图3C中虚线夹着的区域）即合成为最终传递给DSP进行插值操作的处理图像。

该处理的具体实现方法为：由于图像数据的及时性，设计中FPGA模块2采取乒乓操作，FPGA模块2容量可存四行原始数据（2行picture模式下的数据，picture模式下的数据量是video模式下数据的2倍，均取90%的点），深度为4608（1280*0.9*4），可将所有原始数据均存入FPGA模块2中，依据需求计算出所有应该读取出来的数据。当往FPGA模块2上半部写入数据时，读FPGA模块2下半部的数据；当往FPGA模块2下半部写数据时，读FPGA模块2上半部的数据；由于FPGA模块2读写操作时钟一样，FPGA模块2不会发生溢出或读空的错误操作；在这里需要计算出读操作地址。

如图4所示，以video模式操作为例，picture模式同理。假设整个图片的长度为Y，截取后一边的有效数据为T=（Y-4*a）/2；写入地址依据传递的参数依次增加，读地址开始为a/2，读地址依次加1，当读地址加到addrv0=a+T-1时，跳转到地址addrv1=a+Y/2；继续加1，当读地址加到addrv2=a+Y/2+T-1+a/2时，跳转到地址addrv3=Y-a/2；当读地址加到addrv4=a+Y+T-1时，跳转地址到addrv5=a+Y+T/2；当读地址加到addrv6=addrv4+Y/2+a/2时，读地址跳回a/2；读地址依次循环跳转。

在设计的过程中，如果偏移宽度改变了，并不是偏移宽度的值就立即发生改变，而是等到输入图像处在场消隐后（场消隐期的时间比较长）复位一次再发生改变，这样做的目的是防止偏移宽度的改变，而导致FPGA模块2读出数据错误。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种数码变焦方法，采用包括DSP模块(1)、与所述DSP模块(1)相连的FPGA模块(2)的数码变焦装置；其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述DSP模块(1)将获取的原始图像的图像信息输出至所述FPGA模块(2)，所述图像信息包括所述原始图像的起始位置、中间位置、终点位置、偏移宽度a以及行、场、使能、数据信号；

S2、所述FPGA模块(2)根据配置参数对所述原始图像进行缓存截取处理并输出处理图像至DSP模块(1)，所述配置参数为每帧图像一行所取的有效像素点以及每帧图像一行的偏移宽度a，所述缓存截取处理包括以下步骤：

S21、所述原始图像分为左右两幅同样大小的左图像和右图像；

S22、所述左图像以其中心向左右两边偏移宽度a，并保留左中心区域数据；

S23、所述右图像以其中心向左右两边偏移宽度a，保留右中心区域数据；

S24、所述左中心区域数据和右中心区域数据以原始中心为中心向中间靠拢；左右两边再各补宽度a/2数据；

S25、合成所述处理图像并输出；

S3、所述DSP模块(1)对所述处理图像进行插值放大处理并输出放大图像。

2.根据权利要求1所述的数码变焦方法，其特征在于，所述插值放大处理为二次样条插值。