CN105513023B - 一种平显字符画面全屏反走样方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平显字符画面全屏反走样方法及装置，属于图像处理技术领域。本发明利用相邻像素之间相关性区分图像低频平坦区域和高频边缘区域，有选择性对图像高频区域采用加权高斯滤波函数进行反走样处理，保证显示画面线条均匀性的同时，克服了传统非基于内容反走样算法所带来的图像整体偏暗，对比度降低等问题。并针对平显字符画面高频分量丰富、灰度离散化严重的特点采用非线性校正曲线提升显示对比度。本发明能够有效改善原平显图像中线条均匀性不佳、边缘“麻花”现象，提升平显画面整体的显示效果。且实时性高，整个处理过程不超过整帧画面时间的千分之三，对系统延迟影响小。方法简单，易于硬件实现。

Description

一种平显字符画面全屏反走样方法及装置

技术领域

本发明涉及一种平显字符画面全屏反走样方法及装置，属于图像处理技术领域。

背景技术

C919平显以及其他歼击机数字化平显广泛应用大视场光学设备，其具有可视范围广、分辨率高等显著优点。但这类设备由于物镜离轴角较大，导致显示画面严重畸变，使成像大小和形状发生特定变化，降低了显示质量和显示精度。故现阶段数字平显中普遍采用了基于双线性插值的预畸变技术对图像进行预处理，来消除光学系统的畸变。而基于传统双线形插值算法的畸变校正系统，在进行灰度重建时都不判断图像中各像素点之间的相关性，结果不同程度地导致包含丰富信息的图像边缘模糊。此外，在图像变换、处理以及传输的过程中存在不可避免的算法精度误差和噪声，这些问题导致了现有平显画面存在线条均匀性不佳、画面边缘“麻花”扭曲的现象，影响了显示质量。

在平显系统中，由于是在图像预畸变后级对图像进行反走样处理，无法获取作图内容(圆、直线、符号等)，故无法采用现有比较成熟的基于内容反走样算法。实时且非基于内容反走样一直是反走样处理中的一个技术难点，此外，平显显示字符画面具有一定的特殊性，以两个像素点为主线宽的作图方式导致画面高频信息丰富，也增加了实时全屏反走样的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种平显字符画面全屏反走样方法及装置，以解决现有平显画面存在线条均匀性不佳、画面边缘“麻花”扭曲的问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种平显字符画面全屏反走样方法，该方法的步骤如下：

1)利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域；

2)对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；

3)利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换。

所述步骤1)中图像低频平坦区域和高频边缘区域的划分过程如下：

A.按照VESA时序以n*n模板窗口滑动依次同时取出待处理的屏显图像像素点以及周围相邻n²-1个像素点共n²点像素值；

B.对所取出的n²点像素值进行比较，找到其中的最大值和最小值；

C.计算该模板窗口内像素之间的相关性，并判断其是否大于设定阈值，若大于，则认为该模板窗口内像素之间相关性弱，图像位于高频边缘区域，否则认为图像位于低频平坦区域。

所述步骤2)中是采用加权高斯滤波法对图像高频边缘区域进行反走样处理的。

所述步骤3)中的灰度变换采用的是幂函数的非均匀校正曲线实现的。

所述步骤C中相关性采用的计算公式如下：

其中max为所取像素值中的最大值，min为所取像素值中的最小值。

本发明还提供了一种平显字符画面全屏反走样装置，该装置包括图像划分模块、反走样处理模块和灰度变换模块，

所述图像划分模块用于利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域；

所述反走样处理模块用于对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；

所述灰度变换模块用于利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换。

所述图像划分模块包括依次连接的缓存单元、比较单元和相关性判断单元，其中缓存单元，所述的缓存单元包括作为行缓冲器的FIFO和作为列缓冲器的寄存器，所述比较单元用于对采用n*n模板窗口滑动从FIFO和缓冲器中取出的待处理像素点进行比较，以找到其中的最大值和最小值，所述相关性判断单元用于根据找到最大值和最小值计算待处理像素点之间的相关性，并根据得到相关性判断图像所处的区域。

所述的反走样处理模块包括延迟输出单元和加权高斯卷积滤波单元，所述加权高斯卷积滤波单元用于对划分出的高频边缘区域图像进行加权高斯滤波处理，所述延迟输出单元用于对划分出的低频平坦区域进行延迟输出。

所述灰度变换模块采用的非均匀校正曲线为幂函数。

所述的相关性判断单元中采用的相关性计算公式如下：

其中max为所取像素值中的最大值，min为所取像素值中的最小值。

本发明的有益效果是:本发明利用相邻像素之间相关性区分图像低频平坦区域和高频边缘区域，有选择性对图像高频区域采用加权高斯滤波函数进行反走样处理，保证显示画面线条均匀性的同时，克服了传统非基于内容反走样算法所带来的图像整体偏暗，对比度降低等问题。并针对平显字符画面高频分量丰富、灰度离散化严重的特点采用非线性校正曲线提升显示对比度。本发明能够有效改善原平显图像中线条均匀性不佳、边缘“麻花”现象，提升平显画面整体的显示效果。且实时性高，整个处理过程不超过整帧画面时间的千分之三，对系统延迟影响小。方法简单，易于硬件实现。

附图说明

图1是本发明平显字符画面全屏反走样装置的结构原理图；

图2是本发明实施例中3X3模板窗口滑动图；

图3是三级缓存机构硬件实现图；

图4是本发明实施例中图像部内不同区域示意图；

图5为灰度校正曲线-幂函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种平显字符画面全屏反走样方法的实施例

本发明首先利用相邻像素之间相关性划分图像低频平坦区域和高频边缘区域；然后对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；最后利用非线性校正曲线对整体字符画面进行灰度变换。该方法的具体实施步骤如下：

1.利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域。

A.首先按照VESA时序以n*n模板窗口滑动依次同时取出待处理的屏显图像像素点以及周围相邻n²-1个像素点共n²点像素值。

下面以3*3模板为例进行说明，对输入的DVI图像数据分别使用FIFO作为行缓冲器、寄存器作为列缓冲器进行三级缓存，按照VESA时序以3X3模板窗口滑动依次同时取出待处理像素点以及周围相邻8个像素点共9点像素值。如图2、图3所示，DVI图像按照VESA时序依次进入三级缓存机构，缓存机构分别采用FIFO作为行缓存器、寄存器作为列缓存器。两级FIFO先缓存前两行的数据，当第三行数据到来时，从每一级的缓存机构里面同时取出三个相邻数据。这样可以得到相邻三行相邻三列中3X3模板9个点的像素值。其中FIFO的深度为每一行数据的个数。如对于1280X1024分辨率的图像来说，每一个FIFO的深度为1280。

B.对所取出的像素值进行比较，找到其中的最大值和最小值。

本实施例中3*3模板内9点像素值分为三组通过两级比较器快速比较找出其中最大值、最小值。快速比较的方法如下：先通过“冒泡排序法”找出每组数据的最大和最小值，三组数据的最大值放在一起比较，得出模板窗口9个点的最大值。同样，三组数据的最小值放在一起比较，得出模板窗口的最小值。

C.计算该模板窗口内像素之间的相关性，并判断其是否大于设定阈值，若大于，则认为该模板窗口内像素之间相关性弱，图像位于高频边缘区域，否则认为图像位于低频平坦区域。

相关性运算的准则如下：

本实施例中以9点像素值中最大值、最小值的和、差、商进行运算，以得到3*3模板窗口内像素之间的相关性。利用相关性阈值区分图像不同区域：若阈值V_T低于设定阈值，这里的设定阈值为0.2，认为模板窗口内像素之间相关性强，图像位于低频平坦区域；阈值V_T高于等于0.2，则图像位于高频边缘区域。

如图4示例所示，图像内部平坦区域一般像素值之间的差别不大，但处于边缘区域或者字符内部的不均匀区域像素最大值和最小值之间的差异比较大，因此使用相关性阈值来区分图像的不同区域。在实际的硬件实现中，由于阈值一般为小数，不利用硬件上门限判断，可以将其取倒数，进而取整进行区分判断。

2.对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出。

对于高频边缘区域像素，本实施例中采用加权高斯滤波的方式进行反走样处理，即采用加权高斯函数进行空域卷积滤波，实现对图像的平滑处理。具体处理过程如下：

在时域处理中空域卷积滤波通过像素点与函数平滑模板相乘实现；

二维高斯函数的定义为：

由于平显字符画面是灰度图像，对其在x方向和y方向作平滑滤波处理有相同的意义，也就是说σ₁＝σ₂＝σ，故函数变化为

对于图像平滑滤波反走样采用下面模板窗口，其中a₂₂为中心点，坐标为(1，1)。a₁₁坐标为(-1，1)，依次类推其他点坐标。

将二维高斯f(x,y)函数带入平滑滤波模板，并进行参数归一化(1/2πσ²＝1)，保证图像前后亮度的一致性，进而得出传统高斯模板。在传统高斯模板中，进一步的加大中心点的权重，保持与中线点相邻最近点的权重，减少相邻最远点的权重，加权高斯模板。

使用加权高斯模板对3X3模板窗口里面进行时域滤波，滤波公式如下：

用I像素值来取代3*3模板窗口中点心a₂₂的值。

对于低频平坦区域像素，不需要进行反走样滤波处理，低频平坦区域像素之间相关性比较强，不进行反走样处理，直接延迟进行输出。延迟的时间与反走样处理的时间一致，来保证最终输出的连续性与同步性。

3.利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换。

本实施例中利用非线性校正曲线-幂函数对整体字符画面进行灰度变换，提升画面对比度。

经过畸变处理后的平显字符画面灰度值的具有一定的特殊性，一方面高频分量丰富，另一方面灰度值对集中在(0～40)和(180～255)两个区间内。如图5所示，采用幂函数y＝0.14·x^0.139的校正曲线对灰度值进一步的校正，提升图像的对比度。幂函数的参数可以根据观察图像的选择合适的对比度确定，一般来说，曲线在高区间斜率越高，低区间斜率越低，相对应图像的对比度就越高。

在硬件实现中，可以采用查找表的形式实现灰度曲线校正，其中校正值的上限为255，位于超出255的值按255进行处理。最后将反走样后的图像数据按照VESA时序输出。

本发明的一种平显字符画面全屏反走样装置的实施例

本实施例中的平显字符画面反走样装置包括图像划分模块、反走样处理模块和灰度变换模块，图像划分模块用于利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域；反走样处理模块用于对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；灰度变换模块用于利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换。

其中图像划分模块包括依次连接的缓存单元、比较单元和相关性判断单元，其中缓存单元，缓存单元包括作为行缓冲器的FIFO和作为列缓冲器的寄存器，若采用n*n模板窗口，则缓存单元采用n级缓存机构，本实施例以3*3模板窗口为例，其缓存单元采用三级缓存机构，如图1所示；比较单元用于对采用n*n模板窗口滑动从FIFO和缓冲器中取出的待处理像素点进行比较，以找到其中的最大值和最小值，可采用“冒泡排序法”来实现；相关性判断单元用于根据找到最大值和最小值计算待处理像素点之间的相关性，并根据得到相关性判断图像所处的区域。反走样处理模块包括延迟输出单元和加权高斯卷积滤波单元，加权高斯卷积滤波单元用于对划分出的高频边缘区域图像进行加权高斯滤波处理，具体的处理过程已在方法的实施例进行了详细说明，这里不再赘述；延迟输出单元用于对划分出的低频平坦区域进行延迟输出，延迟时间与加权高斯卷积滤波单元的处理时间一致，以保证两者之间输出的同步性。灰度变换模块采用的非均匀校正曲线为幂函数。该装置对平显字符画面全屏反走样具体的处理过程已在方法的实施例进行了详细说明，这里不再赘述。

Claims (8)

1.一种平显字符画面全屏反走样方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

1)利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域；

2)对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；

3)利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换；

所述步骤3)中的灰度变换采用的是幂函数的非均匀校正曲线实现的；所述幂函数为y＝0.14·x^0.139。

2.根据权利要求1所述的平显字符画面全屏反走样方法，其特征在于，所述步骤1)中图像低频平坦区域和高频边缘区域的划分过程如下：

A.按照VESA时序以n*n模板窗口滑动依次同时取出待处理的屏显图像像素点以及周围相邻n²-1个像素点共n²点像素值；

B.对所取出的n²点像素值进行比较，找到其中的最大值和最小值；

C.计算该模板窗口内像素之间的相关性，并判断其是否大于设定阈值，若大于，则认为该模板窗口内像素之间相关性弱，图像位于高频边缘区域，否则认为图像位于低频平坦区域。

3.根据权利要求2所述的平显字符画面全屏反走样方法，其特征在于，所述步骤2)中是采用加权高斯滤波法对图像高频边缘区域进行反走样处理的。

4.根据权利要求2所述的平显字符画面全屏反走样方法，其特征在于，所述步骤C中相关性采用的计算公式如下：

其中max为所取像素值中的最大值，min为所取像素值中的最小值。

5.一种平显字符画面全屏反走样装置，其特征在于，该装置包括图像划分模块、反走样处理模块和灰度变换模块，

所述图像划分模块用于利用相邻像素之间相关性划分平显图像低频平坦区域和高频边缘区域；

所述反走样处理模块用于对图像高频边缘区域进行反走样处理，对图像低频平坦区域进行延迟输出；

所述灰度变换模块用于利用非线性校正曲线对反走样处理后的高频边缘区域图像和延时输出低频平坦区域图像进行灰度变换；

所述灰度变换模块采用的非均匀校正曲线为幂函数；所述幂函数为y＝0.14·x^0.139。

6.根据权利要求5所述的平显字符画面全屏反走样装置，其特征在于，所述图像划分模块包括依次连接的缓存单元、比较单元和相关性判断单元，其中缓存单元，所述的缓存单元包括作为行缓冲器的FIFO和作为列缓冲器的寄存器，所述比较单元用于对采用n*n模板窗口滑动从FIFO和缓冲器中取出的待处理像素点进行比较，以找到其中的最大值和最小值，所述相关性判断单元用于根据找到最大值和最小值计算待处理像素点之间的相关性，并根据得到相关性判断图像所处的区域。

7.根据权利要求6所述的平显字符画面全屏反走样装置，其特征在于，所述的反走样处理模块包括延迟输出单元和加权高斯卷积滤波单元，所述加权高斯卷积滤波单元用于对划分出的高频边缘区域图像进行加权高斯滤波处理，所述延迟输出单元用于对划分出的低频平坦区域进行延迟输出。

8.根据权利要求6所述的平显字符画面全屏反走样装置，其特征在于，所述的相关性判断单元中采用的相关性计算公式如下：

其中max为所取像素值中的最大值，min为所取像素值中的最小值。