CN111445882A - 一种基于fpga的图像显示虚影滤除方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法和系统，其中，方法包括：在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；分别对多组原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；设置滤波标志位；其中；在原始图像数据中的RGB数据值都小于虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且滤波标志位取1的情况下，输出的原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出原始图像数据。方法克服现有技术中的航空显示器随着使用时间的提高，内部器件和传输线老化严重，导致显示图像出现虚影干扰的问题。

Description

一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法和系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体地涉及一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法和系统。

背景技术

现有技术中，军用航空显示器由于使用环境恶劣，使用一定年限后由于显示器内部器件和传输线老化严重，导致显示图像出现虚影干扰；同时，由于液晶显示模块寿命较短，航空显示器使用一定年限后需要更换新的液晶显示模块进行替换，新替换的液晶显示模块可能在时序上无法兼容已经老化严重的显示器后端图形板，导致显示图像出现虚影问题。

因此，提供一种在使用过程中可以有效地解决以上技术问题的一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array现场可编程逻辑门阵列)的图像显示虚影滤除方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中的航空显示器随着使用时间的提高，内部器件和传输线老化严重，导致显示图像出现虚影干扰，新替换的液晶显示模块可能在时序上无法兼容已经老化严重的显示器后端图形板，也会导致显示图像出现虚影的问题，从而提供一种在使用过程中可以有效地解决以上技术问题的一种基于FPGA(FieldProgrammable Gate Array现场可编程逻辑门阵列)的图像显示虚影滤除方法和系统。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，所述方法包括：

在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据。

优选地，所述驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

优选地，所述接收并寄存原始图像数据为在所述时钟信号驱动下的至少连续的三组图像数据。

优选地，所述在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的步骤中，所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

本发明还提供了一种基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，所述系统包括：

图形信号源，用于输出原始图像数据；

FPGA控制器，用于接收和寄存所述原始图像数据，并且将所述原始图像数据中的虚影图像数据滤除掉；

液晶原屏，用于根据所述FPGA控制器输入的图像数据进行图像显示。

优选地，所述FPGA控制器包括：

寄存模块，用于在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

原始数据处理模块，用于分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

虚影滤除模块，用于获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据至所述液晶原屏。

优选地，所述寄存模块中使用的驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

优选地，所述寄存模块在所述时钟信号驱动下至少寄存连续的三组图像数据。

优选地，所述虚影滤除模块中，在所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的比较过程中，所利用的所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

优选地，所述系统还包括：

编码器，用于将所述FPGA控制器输出的RGB数据转换成LVDS信号输出给所述液晶原屏。

根据上述方案，本发明提供的一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法和系统在使用过程中的有益效果为：利用简单有效的滤波算法能消除显示器画面显示虚影的问题，对视频画面的正常显示没有影响，相比于更换硬件电路节省了产品的成品，适用于常用的xilinx、altera、Lattice等厂家的FPGA，算法移植简单，不存在平台兼容性问题。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明的一种优选的实施方式中提供的FPGA处理图像显示虚影滤除算法示意图；

图2是本发明的一种优选的实施方式中提供的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统的结构示意图；

图3是字符虚影显示示意图。

附图标记说明

1、正常显示的字符 2显示虚影的字符

3显示器背景画面

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

方法实施例

本发明提供了一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，所述方法包括：

在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述接收并寄存原始图像数据为在所述时钟信号驱动下的至少连续的三组图像数据。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的步骤中，所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

以下对所述基于FPGA的图像显示虚影滤除方法具体举例进行说明：

首先，FPGA在驱动信号(CLK、HSYNC、VSYNC、DE)的控制下接收图像数据(RGB_datain)，图像数据包括红色分量(R_data)、绿色分量(G_data)、蓝色分量(B_data)，在时钟CLK的驱动下RGB_datain寄存3个时钟周期分别为RGB_data1，RGB_data2，RGB_data3；

然后对上述寄存的3组RGB图像数据中红色分量、绿色分量、蓝色分量分别作排序处理；例如以红色分量的排序为例：找出3组红色分量的最大值(R_data_max)、中值(R_data_mid)、最小值(R_data_min)。假设3组红色分量数据分别为R_data1、R_data2、R_data3，找最大值的方法为：先判断R_data1是否同时满足大于或等于R_data2、R_data3，如果是，最大值为R_data1，如果不是，再判断R_data2是否同时满足大于或等于R_data1、R_data3，如果是，最大值为R_data2，如果不是最大值为R_data3；找中值的方法为：先判断条件：R_data2大于或等于R_data1与R_data1大于或等于R_data3，与条件：R_data3大于或等于R_data1与R_data1大于或等于R_data2两者之一是否满足，如果满足，中值为R_data1，如果不成立，再判断条件：R_data1大于或等于R_data2与R_data2大于或等于R_data3，与条件R_data3大于或等于R_data2与R_data2大于或等于R_data1两者之一是否满足，如果满足，中值为R_data2，如果不满足，中值为R_data3；找最小值的方法为：先判断R_data3大于或等于R_data2与R_data2大于或等于R_data1是否同时成立，如果是，最小值为R_data1，如果不是，再判断R_data3大于或等于R_data1与R_data1大于或等于R_data2是否同时成立，如果是，最小值为R_data2，如果不是，最小值为R_data3。同理，找出绿色分量的最大值(G_data_max)、中值(G_data_mid)、最小值(G_data_min)；找出蓝色分量的最大值(B_data_max)、中值(B_data_mid)、最小值(B_data_min)。

然后再红色分量中值R_data_mid、绿色分量中值G_data_mid、蓝色分量中值B_data_mid数据值分别左移1位为数据值R_data_mid_two、G_data_mid_two、B_data_mid_two；需要说明的是以上操作就是获得两倍的红色分量中值R_data_mid、绿色分量中值G_data_mid、蓝色分量中值B_data_mid数据值。

最后寄存的RGB_datain经滤波选择后为数据RGB_dataout输出给显示器显示，这样就将输入图像的虚影进行了滤除；其中，

针对滤波选择的方法：

1、寻找到要滤除显示虚影的图像的RGB数据值的最大值，这里假设红色数据分量为R_limit，绿色数据分量为G_limit，蓝色数据分量为B_limit；寻找显示虚影的RGB数据最大值的方法为：为方便寻找，使虚影图像的红、绿、蓝三种颜色分量的最大数据值均data_set，设定接收到的图像数据R_data3、G_data3、B_data3均小于data_set这个条件均满足，则将输出的RGB_dataout的红、绿、蓝三种颜色分量均置为0，否者将RGB_data3的红、绿、蓝三种颜色分量分别赋值给输出的RGB_dataout的红、绿、蓝三种颜色分量。观察显示效果，如果图像虚影消失，表明该data_set可能为该R_limit、G_limit、B_limit的值之一，继续降低data_set值的大小，以data_set/2值作为新的data_set重复上面寻找过程，如果图像虚影消失，重复上述操作，如果图像虚影未消失，增大data_set的值，直至找到较小的data_set为止，data_set与R_limit、G_limit或B_limit的差值应小于等于5。

2、设置滤波标志位lvbo_flag，当满足下列3个条件之一时lvbo_flag为1，否者为0，3个条件为：

a)数据值R_data_max减去R_data_min的差值大于R_data_mid_two；

b)数据值G_data_max减去G_data_min的差值大于G_data_mid_two；

c)数据值B_data_max减去B_data_min的差值大于B_data_mid_two；

3、在条件数据值R_data3、G_data3、B_data3均小于data_set的情况下，如果滤波标志位lvbo_flag为1，则将输出的RGB_dataout的红、绿、蓝三种颜色分量均置为0，否者将RGB_data3的红、绿、蓝三种颜色分量分别赋值给输出的RGB_dataout的红、绿、蓝三种颜色分量。若条件数据值R_data3、G_data3、B_data3均小于data_set不满足，则也将RGB_data3的红、绿、蓝三种颜色分量分别赋值给输出的RGB_dataout的红、绿、蓝三种颜色分量。

以下再对本发明的技术原理进行说明：

如图3所示，为字符虚影显示示意图；

显示器显示虚影是由于图像RGB数据与时钟错乱有杂乱的信号数据出现在了不该显示的区域，对于显示虚影的画面其往往是单、双像素宽度的画面，而且RGB分量值较小，否者显示的就不是虚影而是明显的错乱画面。下面举例详细说明，假设显示器显示的字符A出现了如图3所示的虚影，对于字符A的显示，它是由多种像素点组合而成，对于军用显示器，一般A显示有两种情况，一种是A所有的像素点是同一种灰度，即RGB数据值相同，另一种就是A的显示在边缘做了字符显示的灰度平滑处理以防止字符的边缘出现锯齿效应，一般来说绝大多数军用显示器是第二种显示情况。对于第一种显示情况下出现的虚影，如上述1所述可以大致找到显示该虚影的最大灰度值，然后将低于该灰度值的数据置零就看不见显示虚影了，称这种方法为直接截取式方法。因为正常显示的画面字符灰度值一般较高，而虚影的灰度值较低，两者灰度值差别比较明显，正常来说该方法可以使正常显示的高灰度字符画面继续正常显示不会被滤除，但该方法对于第二种显示情况或者对于A字符下面有复杂背景画面的显示情况存在严重的问题。对于第二种情况，A的中心的灰度值较高，由中心向边缘过渡的时候灰度值是逐渐减小的，对于边缘区域其灰度值很可能低于显示虚影时的灰度值，如果直接采样上述方法，就会造成正常的显示的字符A边缘显示丢失，显示出现问题。由于地图画面是由更复杂多种的灰度值组成的画面，如果字符A的下面是更加复杂的地图画面，那么地图画面会出现严重缺失的情况。所以采用这种直接截取式的滤除方法不可行。

要滤除虚影画面而且还要保证正常显示画面不会受到影响，就要有效的区分出虚影画面的特征。我们知道虚影画面显示的像素宽度有限，一般为1个像素宽度，且像素画面不连续，而且这些像素的灰度值明显低于正常显示的画面。还是以图3字符、A显示虚影为例，采用本发明方法，我们连续取显示器任一显示区域前、后像素点与当前像素点的灰度值即上述RGB_data1，RGB_data2，RGB_data3三个像素灰度值，然后找到导致虚影2的RGB数据最大值data_set，以数据值data_set作为滤除虚影数据的截取点，低于data_set的数据需要在满足lvbo_flag为1才滤除，否则该数据输出。对于字符A来说，如果是上述第一种显示情况，它的像素点的灰度值不会出现这种突变情况，即当前像素与前、后点像素的红色、绿色或蓝色三种分量的最大值减去最小值大于2倍的中值的情况；对于第二种显示情况也不会，因为不管是多灰度字符A的显示还是多灰度的地图背景画面其画面灰度值是逐渐递变的，相邻三个像素点的值不会出现如此大的突变。即使遇到画面中有单像素线框的画面元素，由于前面截取点data_set的限制也不会使该线框像素画面被滤除，因为线框画面元素的灰度值肯定远远高于虚影画面的灰度值。对于虚影2来说，其前后点像素值很接近，差异很小，且与当前点的像素值差异很大，否则人眼是无法观察到该虚影的，所以该虚影显示的情况就符合上述突变的情况，可以被本发明所述方法滤除。

装置实施例

本发明还提供了一种基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，所述系统包括：

图形信号源，用于输出原始图像数据；

FPGA控制器，用于接收和寄存所述原始图像数据，并且将所述原始图像数据中的虚影图像数据滤除掉；

液晶原屏，用于根据所述FPGA控制器输入的图像数据进行图像显示。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述FPGA控制器包括：

寄存模块，用于在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

原始数据处理模块，用于分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

虚影滤除模块，用于获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据至所述液晶原屏。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述寄存模块中使用的驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述寄存模块在所述时钟信号驱动下至少寄存连续的三组图像数据。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述虚影滤除模块中，在所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的比较过程中，所利用的所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

在本发明的一种优选的实施方式中，所述系统还包括：

编码器，用于将所述FPGA控制器输出的RGB数据转换成LVDS信号输出给所述液晶原屏。

综上所述，本发明提供的基于FPGA的图像显示虚影滤除方法和系统在使用过程中，利用简单有效的滤波算法能消除显示器画面显示虚影的问题，对视频画面的正常显示没有影响，相比于更换硬件电路节省了产品的成品，适用于常用的xilinx、altera、Lattice等厂家的FPGA，算法移植简单，不存在平台兼容性问题。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，其特征在于，所述方法包括：

在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，其特征在于，所述驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，其特征在于，所述接收并寄存原始图像数据为在所述时钟信号驱动下的至少连续的三组图像数据。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除方法，其特征在于，所述在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的步骤中，所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

5.一种基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述系统包括：

图形信号源，用于输出原始图像数据；

FPGA控制器，用于接收和寄存所述原始图像数据，并且将所述原始图像数据中的虚影图像数据滤除掉；

液晶原屏，用于根据所述FPGA控制器输入的图像数据进行图像显示。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述FPGA控制器包括：

寄存模块，用于在驱动信号的控制下接收并寄存多组原始图像数据；

原始数据处理模块，用于分别对多组所述原始图像数据中的红色分量进行排序、绿色分量进行排序以及蓝色分量进行排序；

虚影滤除模块，用于获取虚影图像数据的RGB数据值的最大值；

设置滤波标志位；其中，当满足以下任一条件时，所述滤波标志位取1，否则取0；其中，所述条件为：

所述原始图像数据中红色分量最大值与红色分量最小值的差值大于两倍的红色分量中值；

所述原始图像数据中绿色分量最大值与绿色分量最小值的差值大于两倍的绿色分量中值；

所述原始图像数据中蓝色分量最大值与蓝色分量最小值的差值大于两倍的蓝色分量中值；

其中；

在所述原始图像数据中的RGB数据值都小于所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值，且所述滤波标志位取1的情况下，输出的所述原始图像数据的RGB数据值分别置为0；否则正常输出所述原始图像数据至所述液晶原屏。

7.根据权利要求5所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述寄存模块中使用的驱动信号至少包括：时钟信号、帧同步信号、场同步信号以及有效数据选通信号。

8.根据权利要求7所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述寄存模块在所述时钟信号驱动下至少寄存连续的三组图像数据。

9.根据权利要求7所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述虚影滤除模块中，在所述虚影图像数据的RGB数据值的最大值的比较过程中，所利用的所述原始图像数据为时钟信号驱动下寄存的最新的原始图像数据。

10.根据权利要求5所述的基于FPGA的图像显示虚影滤除系统，其特征在于，所述系统还包括：

编码器，用于将所述FPGA控制器输出的RGB数据转换成LVDS信号输出给所述液晶原屏。

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