CN105528758A - 基于可编程逻辑器件的图像重映射方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及TFT-LCD面板自动光学检测技术领域，具体涉及一种基于可编程逻辑器件的图像重映射方法及装置。将目标图像划分为多个图像块，计算各个图像块的载入行地址和写回行地址，根据各个图像块的载入行地址每次载入一个图像块进行重映射，并根据对应的写回行地址将重映射完成的图像块的图像数据写回，再按照下一个图像块对应的载入行地址载入下一个图像块进行重映射，直至目标图像的所有图像块全部重映射完毕。基于FPGA实现，先将图像划分为多个图像块，逐个载入图像块进行处理，节省了FPGA内部存储和逻辑资源，方便后续功能集成。
Description
技术领域
本发明涉及TFT-LCD面板自动光学检测技术领域，具体涉及一种基于可编程逻辑器件的图像重映射方法及装置。
背景技术
图像重映射算法(Remap)是重要的图像处理算法，在图像变换处理中有着广泛的应用。重映射算法已经成为处理图像缩放，旋转，平移，扭曲等操作的核心算法。在TFT-LCD(ThinfilmtransistorLiquidcrystaldisplayLCD，即薄膜晶体管液晶显示器)面板自动光学检测的过程中，首先需要对工业相机获取的目标图像做畸变校正和几何校正，畸变校正和几何校正的核心操作是对图像进行重映射。
目前，重映射算法一般在CPU或者GPU(图形处理器)上实现，算法需要对DDR(外部存储器)中的图像数据进行大量的随机读取，且一次对整个图像进行处理，时间效率和存储器带宽利用率都很低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种效率高、节省存储空间的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法及装置。
对于一种基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，本发明的技术方案为：将目标图像划分为多个图像块，计算各个图像块的载入行地址和写回行地址，根据各个图像块的载入行地址每次载入一个图像块进行重映射，并根据对应的写回行地址将重映射完成的图像块的图像数据写回，再按照下一个图像块对应的载入行地址载入下一个图像块进行重映射，直至目标图像的所有图像块全部重映射完毕。
进一步的，所述图像块的划分方式为：设定每个图像块像素点的宽w0和高h0，将目标图像划分为网格状，使除最后一行和最后一列的图像块外，其余图像块像素点的宽均为w0，高均为h0，所述最后一行和最后一列图像块的宽和高由总的图像宽和高及每个图像块像素点的宽和高计算得到。
进一步的，所述计算图像块的载入行地址包括：
根据图像的位深度depth和图像块像素点的宽w0计算目标图像中第i行第j列图像块aij的四个顶点坐标：
左上：x1＝j*depthy1＝i*w0*depth
左下：x2＝j*depthy2＝(i+1)*w0*depth
右上：x3＝(j+1)*depthy3＝i*w0*depth
右下：x4＝(j+1)*depthy4＝(i+1)*w0*depth
利用坐标映射方法，根据图像块aij的四个顶点坐标计算出原始图像中对应图像块的四个顶点坐标(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)；
根据原始图像中对应图像块的四个顶点坐标求得原始图像中对应图像块的外接矩形的区域参数，包括该区域像素点的宽w＝Xmax-Xmin，高h＝Ymax-Ymin和左上角的坐标(x，y)＝(Xmin，Ymin)，其中Xmax和Xmin分别为x5、x6、x7、x8中的最大值和最小值，Ymax和Ymin分别为y5、y6、y7、y8中的最大值和最小值；
根据原始图像中对应图像块的外接矩形的左上角坐标(x，y)计算外接矩形图块的首地址：Base＝Image1Base+(y*w1+x)*depth，其中，Image1Base为原始图像的首地址，w1为原始图像像素点的宽；
根据外接矩形图块的首地址Base计算该外接矩形图块的行地址：Image1BlockBase＝Base+k*w1*depth，其中k为该外接矩形图块的第k行，所述外接矩形图块的行地址即为图像块的载入行地址。
进一步的，所述计算图像块的写回行地址包括：
计算目标图像Image2中处在第i行、j列的图像块aij的首地址：aij_Base＝Image2Base+(i*h0*w2+j*w0)*depth，其中depth为图像的位深度，Image2Base为目标图像Image2的首地址，w0和h0分别为图像块像素点的宽和高，w2为目标图像Image2像素点的宽；
根据图像块aij的首地址计算该图像块的写回行地址Image2BlockBase＝aij_Base+k*w2*depth，其中k为图像块的第k行。
进一步的，一个所述图像块载入完成后反馈载入完成信号，当接收到载入完成信号后开始计算下一个图像块的载入行地址；
当一个所述图像块写回完成后反馈写回完成信号，当接收到写回完成信号后开始计算下一个图像块的写回行地址；
进一步的，所述图像块载入或写回的过程中，每载入或写回一行数据时，使用一次突发模式内存访问。
进一步的，所述对图像块进行重映射包括：计算映射坐标，根据接收到的映射坐标和输入的重映射参数对载入的图像数据进行双线性插值。
进一步的，当进行畸变校正时，所述重映射参数为镜头畸变参数；
当进行透视变换时，所述重映射参数为透视变换参数。
对于一种基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，本发明的技术方案为，包括集成于可编程逻辑器件的：
中央控制器：用于对重映射模块下发图像参数和重映射参数；
重映射模块：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，并计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，根据图像块的载入行地址从外部存储器内载入图像块进行重映射处理，根据写回行地址将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器控制器：用于控制重映射模块将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器：用于存储原始图像数据和重映射完毕的图像数据；
数据总线：用于在载入和写回图像块数据时对图像块数据进行传输；
控制总线：用于传输中央控制器下发的图像参数和重映射参数。
进一步的，所述重映射模块包括：
内部控制器：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，将图像的分块信息、载入行地址和载入控制信号发送给数据载入模块，将图像的分块信息、写回行地址和写回控制信号发送给数据写回模块，同时发送坐标计算控制信号给坐标计算模块；
数据载入模块：用于接收内部控制器发送的图像分块信息、载入行地址和载入控制信号，根据载入控制信号从外部存储器中载入图像块；
数据缓存模块：用于对载入的图像块数据进行缓存；
坐标计算模块：接收内部控制器发送的坐标计算控制信号，计算重映射坐标并发送给双线性插值模块；
双线性插值模块：读取重映射坐标，根据重映射坐标进行双线性插值，将插值后的数据发送给数据写回模块；
数据写回模块：根据外部存储器控制器将重映射完毕的图像块数据写回外部存储器。
进一步的，所述缓存模块包括第一缓存模块和第二缓存模块，两个缓存模块组成一组乒乓缓存，当向第一缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第二缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射，当向第二缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第一缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射。
本发明的有益效果：基于FPGA实现，先将图像划分为多个图像块，再导入各个图像块进行处理，节省了FPGA内部存储和逻辑资源，方便后续功能集成。
附图说明
图1为本发明基于可编程逻辑器件的图像重映射装置的模块连接图；
图2为图1中重映射模块的内部连接图；
图3为目标图像进行分块示意图；
图4为原始图像与目标图像的图像块对应关系图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本发明基于可编程逻辑器件的图像重映射装置的结构包括集成于可编程逻辑器件的：
中央控制器：用于对重映射模块下发图像参数和重映射参数；
重映射模块：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，并计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，根据图像块的载入行地址从外部存储器内载入图像块进行重映射处理，根据写回行地址将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器控制器：用于控制重映射模块将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器：用于存储原始图像数据和重映射完毕的图像数据；
数据总线：用于在载入和写回图像块数据时对图像块数据进行传输；
控制总线：用于传输中央控制器下发的图像参数和重映射参数，内部各个模块全部通过总线进行控制，调度灵活。
本实施例采用的可编程逻辑器件为可编程门阵列FPGA，FPGA仅为优选方案，并不对本发明的保护范围进行限定，可以理解的是能够实现本发明所述功能的任意可编程逻辑器件均应落于本发明的保护范围内。
如图2所示，其中，重映射模块又包括：
内部控制器：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，将图像的分块信息、载入行地址和载入控制信号发送给数据载入模块，将图像的分块信息、写回行地址和写回控制信号发送给数据写回模块，同时发送坐标计算控制信号给坐标计算模块；
数据载入模块：用于接收内部控制器发送的图像分块信息、载入行地址和载入控制信号，根据载入控制信号从外部存储器中载入图像块；
数据缓存模块：用于对载入的图像块数据进行缓存，其包括第一缓存模块和第二缓存模块，两个缓存模块组成一组乒乓缓存，当向第一缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第二缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射，当向第二缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第一缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射；
坐标计算模块：接收内部控制器发送的坐标计算控制信号，计算重映射坐标并发送给双线性插值模块；
双线性插值模块：读取重映射坐标，根据重映射坐标进行双线性插值，将插值后的数据发送给数据写回模块；
数据写回模块：根据外部存储器控制器将重映射完毕的图像块数据写回外部存储器。
本发明基于可编程逻辑器件的图像重映射方法包括以下步骤：
步骤1：系统复位后，中央控制器通过控制总线给重映射模块的内部控制器发送图像参数和重映射参数。其中，图像参数包括目标图像物理地址、图像的宽、图像的高，其中，图像的宽即为目标图像像素点的列数，图像的高即为目标图像像素点的行数。重映射参数包括镜头畸变参数和透视变换参数，当进行畸变校正时，重映射参数为镜头畸变参数；当进行透视变换时，所述重映射参数为透视变换参数。
步骤2：图像参数和重映射参数发送完成之后，中央控制器给内部控制器发送启动命令，并等待内部控制器反馈的完成中断信号。接收到启动信号后，重映射模块内的各个模块开始运行。内部控制器根据图像参数和图像分块规则将目标图像划分为多个图像块。
假设现在要将宽为w1个像素，高为h1个像素的原始图片Image1重映射到宽为w2个像素，高为h2个像素的目标图片Image2中。分块规则定义每一个图像块的宽为w0个像素，高为h0个像素。
进行分块时，将目标图像Image2划分为网格状，使除最后一行和最后一列的图像块外，其余图像块像素点的宽均为w0，高均为h0。如图3所示即为目标图像划分为m行，n列，共m*n个图像块的示意图。若目标图像像素点的宽w2能被图像块像素点的宽w0整除，则最后一列图像块像素点的宽即为w0，若目标图像像素点的宽w2不能被图像块像素点的宽w0整除，则最后一列图像块像素点的宽小于w0；若目标图像像素点的高h2能被图像块像素点的宽h0整除，则最后一行图像块像素点的高为h0，若目标图像像素点的高h2不能被图像块像素点的宽h0整除，则最后一行图像块像素点的高小于h0。
步骤3：图像分块后，重映射模块的内部控制器根据图像的分块信息计算图像块的载入行地址和写回行地址。
根据图像的位深度depth(即每个像素点的字节数)和图像块像素点的宽w0计算目标图像中图像块aij的四个顶点坐标：
左上：x1＝j*depthy1＝i*w0*depth
左下：x2＝j*depthy2＝(i+1)*w0*depth
右上：x3＝(j+1)*depthy3＝i*w0*depth
右下：x4＝(j+1)*depthy4＝(i+1)*w0*depth
如图4所示，利用坐标映射方法，根据图像块aij的四个顶点坐标计算出原始图像中对应图像块的四个顶点坐标(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)；
根据原始图像中对应图像块的四个顶点坐标求得原始图像中对应图像块的外接矩形的区域参数，包括该区域像素点的宽w、高h和左上角的坐标(x，y)，设x5、x6、x7、x8中的最大值和最小值分别为Xmax和Xmin，y5、y6、y7、y8中的最大值和最小值分别为Ymax和Ymin，则：区域像素点的宽w＝Xmax-Xmin，高h＝Ymax-Ymin，左上角的坐标(x，y)即为(Xmin，Ymin)。
根据原始图像中对应图像块的外接矩形的左上角坐标(x，y)计算外接矩形图块的首地址：Base＝Image1Base+(y*w1+x)*depth，其中，Image1Base为原始图像的首地址，w1为原始图像像素点的宽、h1为原始图像像素点的高；
根据外接矩形图块的首地址Base计算该外接矩形图块的行地址：Image1BlockBase＝Base+k*w1*depth，其中k为该外接矩形图块的第k行，所述外接矩形图块的行地址即为图像块的载入行地址。
计算目标图像Image2中处在第i行、j列的图像块aij的首地址：aij_Base＝Image2Base+(i*h0*w2+j*w0)*depth，其中depth为图像的位深度，Image2Base为目标图像Image2的首地址，h0和w0分别为图像块像素点的高和宽，w2为目标图像Image2像素点的宽；
根据图像块aij的首地址计算该图像块的写回行地址Image2BlockBase＝aij_Base+k*w2*depth，其中k为图像块的第k行。
步骤4：根据图像块的分块信息(即图像块的首地址、图像块的位置和大小)和载入行地址，载入一个图像块进行重映射处理。内部控制器将图像块的分块信息、载入行地址和载入控制信号发送给数据载入模块，数据载入模块根据接收到的信息从外部存储器中载入一个图像块。当数据载入模块载入一个图像块的所有图像数据后，存储至缓存模块，并向内部控制器反馈载入完成信号。内部控制器开始计算下一个图像块的分块信息和载入行地址，同时向坐标计算模块发送坐标计算控制信号，坐标计算模块计算重映射坐标并发送给双线性插值模块。双线性插值模块读取坐标计算模块发送的重映射坐标，根据重映射坐标进行双线性插值，其中，整个重映射的过程为现有技术。
其中，缓存模块为一组乒乓缓存，当数据载入模块向第一缓存模块写入一个图像块的图像数据时，双线性插值模块从第二缓存模块内读取另一个图像块的图像数据，当数据载入模块向第二缓存模块写入一个图像块的图像数据时，双线性插值模块从第一缓存模块内读取另一个图像块的图像数据。乒乓缓存的方式使分块重映射过程和数据写入过程是并行执行的，数据吞吐迅速，重映射速度快。
步骤5：外部存储器控制器控制数据写回模块按照图像卡块的写回行地址将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器。当数据写回模块写回一个图像块的所有图像数据后，向内部控制器反馈写回完成信号，内部控制器接收到写回完成信号后，计算下一个图像块的写回行地址和图像的分块信息。
重复步骤3-步骤5，知道图像中的所有分块全部重映射完毕。
其中，图像的载入和写回的过程中，每载入或写回一行数据时，使用一次突发模式内存访问。由于DDR访问全部使用burst方式，总线利用率高。
该方法可以应用于TFT-LCD面板自动光学检测系统中的几何校正环节，即对图像进行倾斜校正和缩放(透视变换)、图像采集的镜头畸变校正环节，即对图像进行扭曲校正、以及3D显示应用中对纹理图片进行透视变换中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于：将目标图像划分为多个图像块，计算各个图像块的载入行地址和写回行地址，根据各个图像块的载入行地址每次载入一个图像块进行重映射，并根据对应的写回行地址将重映射完成的图像块的图像数据写回，再按照下一个图像块对应的载入行地址载入下一个图像块进行重映射，直至目标图像的所有图像块全部重映射完毕。
2.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于，所述图像块的划分方式为：设定每个图像块像素点的宽w0和高h0，将目标图像划分为网格状，使除最后一行和最后一列的图像块外，其余图像块像素点的宽均为w0，高均为h0，所述最后一行和最后一列图像块的宽和高由总的图像宽和高及每个图像块像素点的宽和高计算得到。
3.根据权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于，所述计算图像块的载入行地址包括：
根据图像的位深度depth和图像块像素点的宽w0计算目标图像中第i行第j列图像块aij的四个顶点坐标：
左上：x1＝j*depthy1＝i*w0*depth
左下：x2＝j*depthy2＝(i+1)*w0*depth
右上：x3＝(j+1)*depthy3＝i*w0*depth
右下：x4＝(j+1)*depthy4＝(i+1)*w0*depth
利用坐标映射方法，根据图像块aij的四个顶点坐标计算出原始图像中对应图像块的四个顶点坐标(x5，y5)、(x6，y6)、(x7，y7)、(x8，y8)；
根据原始图像中对应图像块的四个顶点坐标求得原始图像中对应图像块的外接矩形的区域参数，包括该区域像素点的宽w＝Xmax-Xmin，高h＝Ymax-Ymin和左上角的坐标(x，y)＝(Xmin，Ymin)，其中Xmax和Xmin分别为x5、x6、x7、x8中的最大值和最小值，Ymax和Ymin分别为y5、y6、y7、y8中的最大值和最小值；
根据原始图像中对应图像块的外接矩形的左上角坐标(x，y)计算外接矩形图块的首地址：Base＝Image1Base+(y*w1+x)*depth，其中，Image1Base为原始图像的首地址，w1为原始图像像素点的宽；
根据外接矩形图块的首地址Base计算该外接矩形图块的行地址：Image1BlockBase＝Base+k*w1*depth，其中k为该外接矩形图块的第k行，所述外接矩形图块的行地址即为图像块的载入行地址。
4.根据权利要求2所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于，所述计算图像块的写回行地址包括：
计算目标图像Image2中处在第i行、j列的图像块aij的首地址：aij_Base＝Image2Base+(i*h0*w2+j*w0)*depth，其中depth为图像的位深度，Image2Base为目标图像Image2的首地址，w0和h0分别为图像块像素点的宽和高，w2为目标图像Image2像素点的宽；
根据图像块aij的首地址计算该图像块的写回行地址Image2BlockBase＝aij_Base+k*w2*depth，其中k为图像块的第k行。
5.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于，所述图像块载入或写回的过程中，每载入或写回一行数据时，使用一次突发模式内存访问。
6.根据权利要求1所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于，所述对图像块进行重映射包括：计算映射坐标，根据接收到的映射坐标和输入的重映射参数对载入的图像数据进行双线性插值。
7.根据权利要求6所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射方法，其特征在于：当进行畸变校正时，所述重映射参数为镜头畸变参数；
当进行透视变换时，所述重映射参数为透视变换参数。
8.一种基于可编程逻辑器件的图像重映射装置，其特征在于，包括集成于可编程逻辑器件的：
中央控制器：用于对重映射模块下发图像参数和重映射参数；
重映射模块：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，并计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，根据图像块的载入行地址从外部存储器内载入图像块进行重映射处理，根据写回行地址将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器控制器：用于控制重映射模块将重映射完毕的图像块数据写回至外部存储器；
外部存储器：用于存储原始图像数据和重映射完毕的图像数据；
数据总线：用于在载入和写回图像块数据时对图像块数据进行传输；
控制总线：用于传输中央控制器下发的图像参数和重映射参数。
9.根据权利要求8所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射装置，其特征在于，所述重映射模块包括：
内部控制器：用于接收中央控制器下发的图像参数和重映射参数，计算图像的分块信息和图像块的载入行地址和写回行地址，将图像的分块信息、载入行地址和载入控制信号发送给数据载入模块，将图像的分块信息、写回行地址和写回控制信号发送给数据写回模块，同时发送坐标计算控制信号给坐标计算模块；
数据载入模块：用于接收内部控制器发送的图像分块信息、载入行地址和载入控制信号，根据载入控制信号从外部存储器中载入图像块；
数据缓存模块：用于对载入的图像块数据进行缓存；
坐标计算模块：接收内部控制器发送的坐标计算控制信号，计算重映射坐标并发送给双线性插值模块；
双线性插值模块：读取重映射坐标，根据重映射坐标进行双线性插值，将插值后的数据发送给数据写回模块；
数据写回模块：根据外部存储器控制器将重映射完毕的图像块数据写回外部存储器。
10.根据权利要求9所述的基于可编程逻辑器件的图像重映射装置，其特征在于：所述缓存模块包括第一缓存模块和第二缓存模块，两个缓存模块组成一组乒乓缓存，当向第一缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第二缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射，当向第二缓存模块写入一个图像块的图像数据时，从第一缓存模块内读取另一个图像块的图像数据进行重映射。
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