基于SDI 接口的實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)顯示系統(tǒng)

那么根據(jù)雙線性插值算法原理得到插入點(diǎn)的灰度值為：

從上式看出，當(dāng)知道待插值點(diǎn)的偏移距離dx 和dy后，那么該插值像素點(diǎn)的灰度值可根據(jù)周圍的4 點(diǎn)得到.該系統(tǒng)中的畫(huà)幅縮放處理正是采用雙線性插值算法，其在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的具體功能如框圖4所示，主要由數(shù)據(jù)緩存單元.雙線性插值單元.插值系數(shù)控制單元組成.

在實(shí)現(xiàn)圖像縮放算法以前，首要算出圖像的縮放因子k.這里以一行圖像為例，以單位長(zhǎng)度“1”表示相鄰2個(gè)像素的距離，圖像縮放前的分辨率為A × 1,圖像縮放后的分辨率為B × 1,則縮放前后的圖像的像素縮放因子k = B A .例如，分辨率為640×512 的圖像縮放為720×576的圖像，則在水平方向上縮放因子k=1.25;垂直方向上的縮放因子k=1.125;根據(jù)不同的情況，在水平.垂直方向上的縮放比例因子不同.

根據(jù)圖4 和插值的運(yùn)算公式，每經(jīng)過(guò)一個(gè)像素時(shí)鐘，插值系數(shù)dx ,dy 需要實(shí)時(shí)提供給插值運(yùn)算模塊，這就要求FPGA 時(shí)序同步，并且FPGA 各個(gè)功能模塊能夠有效配合.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將硬件系統(tǒng)和相機(jī)連接，該相機(jī)基本參數(shù)是320×256 分辨率，14 b 像素深度，幀頻25/50 可調(diào).通過(guò)PC機(jī)的RS 232 串口連接轉(zhuǎn)一個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備，使之滿足RS 422 差分協(xié)議，以便發(fā)送命令給硬件系統(tǒng)和返回硬件系統(tǒng)狀態(tài).

FPGA程序采用模塊化方式，分為圖像采集輸出模塊.雙緩存控制模塊.通信控制模塊.偽彩處理模塊.灰度拉伸模塊.畫(huà)幅縮放模塊和SDI時(shí)序生成模塊，其中偽彩處理模塊.灰度拉伸模塊和畫(huà)幅縮放模塊通過(guò)RS 422 接口發(fā)送不同的指令給FPGA,就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的模塊工作，具體FPGA 初始化過(guò)程中軟件工作流程如圖5所示.

SDI輸出顯示采用JVC 公司專用的SDI監(jiān)視器，和電路板之間用75 Ω的同軸電纜連接，系統(tǒng)工作后測(cè)試了相應(yīng)功能，并將圖像顯示在監(jiān)視器上，圖6是顯示的未通過(guò)任何增強(qiáng)處理的7~14位圖像.

圖7是顯示的經(jīng)過(guò)灰度拉伸處理的圖像，將14位拉伸成8位.

圖8 是經(jīng)過(guò)拉伸處理后再經(jīng)過(guò)偽彩色增強(qiáng)處理的圖像.圖9是經(jīng)過(guò)偽彩色增強(qiáng)處理的拉伸圖像再進(jìn)行畫(huà)幅拉伸使之全屏顯示.

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于SDI接口輸出的圖像顯示系統(tǒng)，在FPGA 里面封裝了灰度拉伸.偽彩色處理以及畫(huà)幅拉伸增強(qiáng)算法函數(shù)，幾種算法可以單獨(dú)調(diào)用，也可以串行一塊工作.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很穩(wěn)定地將Camera Link接口或者千兆網(wǎng)口輸入圖像經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)清SDI輸出，并可以把灰度很低的圖像進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)，極大增強(qiáng)了人眼的視覺(jué)效果，由于SDI轉(zhuǎn)換協(xié)議以及各個(gè)增強(qiáng)算法都在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，完全可以達(dá)到資源優(yōu)化利用和實(shí)時(shí)性要求.