CN114708141A - 基于运动传感器的图像叠加方法及系统 - Google Patents

基于运动传感器的图像叠加方法及系统 Download PDF

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CN114708141A CN202210337658.6A CN202210337658A CN114708141A CN 114708141 A CN114708141 A CN 114708141A CN 202210337658 A CN202210337658 A CN 202210337658A CN 114708141 A CN114708141 A CN 114708141A
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朱祥路
宫文峰
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Abstract

本发明公开了一种基于运动传感器的图像叠加方法，包括以下步骤：根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址；根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。本发明可以根据旋转角度或位移量完成图像叠加，用于监视设备移动，如倾斜、摇晃、旋转或摆动。

Description

基于运动传感器的图像叠加方法及系统
技术领域
本发明涉及图像处理，尤其涉及一种基于运动传感器的图像叠加方法。
背景技术
通过运动传感器检测物体或人运动的重力、线性加速度、旋转矢量、振动频率等，运动传感器可用于监视设备移动，如倾斜、摇晃、旋转或摆动等。在监视过程中，可以进行图像叠加以更好地显示图像。但是当前很多图像叠加的实现方式比较单一，比如不能将叠加区域全部存储或显示，或者叠加的相关参数已经固定，叠加效果不理想。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种可以根据物体的位移速度有效完成图像叠加，提供整体分辨率的基于运动传感器的图像叠加方法及系统。
本发明所采用的技术方案是：
提供一种基于运动传感器的图像叠加方法，包括以下步骤：
根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；
累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数；
根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
接上述技术方案，DDR读写使能的生成由图像行场地址得到。
接上述技术方案，当图像直线运动时，直接根据图像x方向和y方向的位移速度计算像素偏移量。
接上述技术方案，当图像旋转运动时，根据旋转角度θ的正弦值和余弦值计算出图像在y方向、x方向上的像素偏移量。
接上述技术方案，x方向的像素偏移量Sx、y方向的像素偏移量Sy由下列公式获得：
Figure BDA0003574979360000021
Figure BDA0003574979360000022
其中，Vx为x方向的位移速度，Vy为y方向的位移速度，f为图像帧频，d为单个像素宽度，并对计算出的Sx、Sy进行四舍五入。
接上述技术方案，物体旋转角度θ由下列公式获得：
Figure BDA0003574979360000023
其中，ω为物体旋转的角速度，f为图像帧频，并对最终计算出的y方向、x方向上的像素偏移量进行四舍五入。
本发明还提供一种基于运动传感器的图像叠加系统，包括：
像素偏移量计算模块，用于根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
DDR叠加地址计算模块，用于将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数；
数据叠加模块，用于根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
接上述技术方案，像素偏移量计算模块具体用于：当图像直线运动时，直接根据图像x方向和y方向的位移速度计算像素偏移量。
接上述技术方案，像素偏移量计算模块具体用于：当图像旋转运动时，根据旋转角度θ的正弦值和余弦值计算出图像在y方向、x方向上的像素偏移量。
本发明还提供一种计算机存储介质，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行上述技术方案所述的基于运动传感器的图像叠加方法。
本发明产生的有益效果是：本发明根据位移传感器测量物体在坐标系x、y方向的位移速度，从而计算在一定时间内的位移量。或者根据角速计测量物体旋转的角速度，从而计算在一定时间内旋转的角度。并进一步根据位移量或旋转角度完成图像叠加。本发明可随意改变x、y方向的运动方向，并且图像的叠加结果可全部存储在DDR中。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于运动传感器的图像叠加方法的流程图；
图2是本发明实施例图像运动示意图(向右下运动)；
图3是本发明实施例图像运动示意图(向左上运动)；
图4是图2中图像向右下运动时DDR读写示意图；
图5是图3中图像向左上运动时DDR读写示意图；
图6是顺时针旋转的图像运动示意图；
图7是逆时针旋转的图像运动示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例基于运动传感器的图像叠加方法，包括以下步骤：
S1、根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；
S2、累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
S3、将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址(即与图像场信号对应的地址)确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数(即延迟的时钟周期数)；
S4、根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
本专利具体实例实现的平台为Xilinx公司的Vivado软件。具体实现方案分别以x、y方向偏移与角度旋转的情况来说明。
1、x、y方向偏移
x方向的像素偏移量Sx、y方向的像素偏移量Sy可由下列公式获得。
Figure BDA0003574979360000041
Figure BDA0003574979360000042
其中，Vx为x方向的位移速度，Vy为y方向的位移速度，f为图像帧频，d为单个像素宽度。而像素偏移量为前后两帧图像的偏移量，为整数，因此需将Sx、Sy进行四舍五入后，再根据其值完成图像叠加。
当物体在x方向向右运动、在y方向向下运动时，图像运动示意图如图2所示；当物体在x方向向左运动、在y方向向上运动时，图像运动示意图如图3所示。图中，黑色部分为图像叠加区域(n帧共同区域)，虚线部分为存储在DDR中的部分(n帧全区域)。从BLOCK1首地址开始，逐渐将叠加后的图像存储在DDR中。值得注意的是，在叠加图像之前需要将DDR进行清零处理。同理，物体向左下或右上方向运动时的情况类似。
每个像素(每个像素是14位)占用2个DDR地址(每个DDR地址可以存储8位)。而DDR读写地址的x方向的偏移量必须为16的倍数(对于像素而言，偏移量为8的倍数)，否则不能从准确地从目标地址中读写数据，y方向的偏移量无要求(因为可从DDR的任一行开始读取数据，行对应的便是y方向)。累加x、y方向运动参量得到para_x、para_y，para_x/8得商para_x_quot与余数para_x_remd。根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR读写地址，由para_y决定y方向偏移的行数，由para_x_quot决定x方向偏移的像素个数(8的倍数)。求取过程如下：设图像场地址为ver，DDR的BLOCK1首地址为a1，DDR每行存储像素最大数量为1024。当图像向右下运动时，DDR的读写地址为a1+(ver+para_y)*1024*2+para_x_quot*2；当图像向左上运动时，DDR的读写地址为b1+(ver-para_y)*1024*2-para_x_quot*2，其中b1为a1+(1024-648)*2。其中648由图像分辨率640加8而来。1024为DDR每行存储像素最大数量，现只存648个，其他地址无效。
根据para_x_remd确定输入像素的打拍数，以便与DDR读取数据相加；而DDR读写使能的生成不依据para_x、para_y，直接由图像行场地址(与图像行场信号对应的地址)得到。
DDR写地址与读地址相同，假设图像分辨率为640*N，para_x_remd值为3，那么DDR读写长度应为648，在当前帧图像向右下运动时DDR第一行的读写情况如图4所示，图像向左上运动时DDR第一行的读写情况如图5所示。图中，addr为DDR第一行的地址，rd_data为DDR读取数据(为当前帧，上一帧已经写入DDR中)，data_in为当前帧的输入像素(第一行)，wr_data为写入DDR对应地址的数据，a、d-16均为当前帧DDR第一行的首地址。即DDR读写地址是一样的，从a开始读，必须从a开始写，因为DDR读写地址的x方向的偏移量必须为16的倍数。
1024为DDR每行存储像素最大数量，现只存648个，其他地址无效。图像向左上运动时，叠加结果存储在DDR右半部分，从d开始到这一行结束正好是648个地址。
2、角度旋转
物体旋转角度θ可由下列公式获得。
Figure BDA0003574979360000061
其中，ω为物体旋转的角速度，f为图像帧频。
当物体顺时针旋转时，图像运动示意图如图6所示；当物体逆时针旋转时，图像运动示意图如图7所示。从BLOCK1首地址开始，逐渐将叠加后的图像存储在DDR中。
当图像旋转时，可根据旋转角度θ的正弦值判断出图像在y方向偏移1行时在x方向的偏移量，非整数时需四舍五入。以此，可读取DDR相应地址的存储数据，并在图像叠加后将其写入相同地址中。值得注意的是，DDR读写地址的x方向的偏移量必须为16的倍数。因此，在DDR读写时，其每一行的首地址需为16的倍数。读取数据后，在需要叠加图像的地址中写入读取数据与当前帧输入图像之和，在无需叠加图像的地址中写入原读取数据即可。
本发明实施例基于运动传感器的图像叠加系统用于实现上述实施例的图像叠加方法，该系统包括：
像素偏移量计算模块，用于根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
DDR叠加地址计算模块，用于将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数；
数据叠加模块，用于根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
进一步地，像素偏移量计算模块具体用于：当图像直线运动时，直接根据图像x方向和y方向的位移速度计算像素偏移量。
进一步地，像素偏移量计算模块具体用于：当图像旋转运动时，根据旋转角度θ的正弦值和余弦值计算出图像在y方向、x方向上的像素偏移量。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于在被处理器执行时实现方法实施例的基于运动传感器的图像叠加方法。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；
累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数；
根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
2.根据权利要求1所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，DDR读写使能的生成由图像行场地址得到。
3.根据权利要求1所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，当图像直线运动时，直接根据图像x方向和y方向的位移速度计算像素偏移量。
4.根据权利要求1所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，当图像旋转运动时，根据旋转角度θ的正弦值和余弦值计算出图像在y方向、x方向上的像素偏移量。
5.根据权利要求3所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，x方向的像素偏移量Sx、y方向的像素偏移量Sy由下列公式获得：
Figure FDA0003574979350000011
Figure FDA0003574979350000012
其中，Vx为x方向的位移速度，Vy为y方向的位移速度，f为图像帧频，d为单个像素宽度，并对计算出的Sx、Sy进行四舍五入。
6.根据权利要求4所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，物体旋转角度θ由下列公式获得：
Figure FDA0003574979350000021
其中，ω为物体旋转的角速度，f为图像帧频，并对最终计算出的y方向、x方向上的像素偏移量进行四舍五入。
7.一种基于运动传感器的图像叠加系统，其特征在于，包括：
像素偏移量计算模块，用于根据图像x方向和y方向的位移速度分别计算两个方向的像素偏移量，作为前后两帧图像的像素偏移量；累加x、y方向的像素偏移量，得到para_x、para_y；
DDR叠加地址计算模块，用于将x方向的累加像素偏移量para_x除以8，得到商para_x_quot与余数para_x_remd，根据para_y、para_x_quot和图像场地址确定DDR叠加地址，其中每个像素占用两个DDR地址，每个DDR地址为8位，根据para_y决定y方向偏移的行数，根据para_x_quot决定x方向偏移的像素个数，根据para_x_remd确定输入像素的打拍数；
数据叠加模块，用于根据DDR叠加地址和输入像素的打拍数，将当前帧图像数据与DDR内的上一帧图像数据相加。
8.根据权利要求7所述的基于运动传感器的图像叠加系统，其特征在于，像素偏移量计算模块具体用于：当图像直线运动时，直接根据图像x方向和y方向的位移速度计算像素偏移量。
9.根据权利要求7所述的基于运动传感器的图像叠加方法，其特征在于，
像素偏移量计算模块具体用于：当图像旋转运动时，根据旋转角度θ的正弦值和余弦值计算出图像在y方向、x方向上的像素偏移量。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，其内存储有可被处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行权利要求1-6中任一项所述的基于运动传感器的图像叠加方法。
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