基于SDI 接口的實時圖像增強顯示系統(tǒng)

那么根據(jù)雙線性插值算法原理得到插入點的灰度值為：

從上式看出，當知道待插值點的偏移距離dx 和dy后，那么該插值像素點的灰度值可根據(jù)周圍的4 點得到.該系統(tǒng)中的畫幅縮放處理正是采用雙線性插值算法，其在FPGA內(nèi)部實現(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，以單位長度“1”表示相鄰2個像素的距離，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 和插值的運算公式，每經(jīng)過一個像素時鐘，插值系數(shù)dx ,dy 需要實時提供給插值運算模塊，這就要求FPGA 時序同步，并且FPGA 各個功能模塊能夠有效配合.

3 實驗結果及分析

將硬件系統(tǒng)和相機連接，該相機基本參數(shù)是320×256 分辨率，14 b 像素深度，幀頻25/50 可調(diào).通過PC機的RS 232 串口連接轉一個轉換設備，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.畫幅縮放模塊和SDI時序生成模塊，其中偽彩處理模塊.灰度拉伸模塊和畫幅縮放模塊通過RS 422 接口發(fā)送不同的指令給FPGA,就會觸發(fā)相應的模塊工作，具體FPGA 初始化過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)工作后測試了相應功能，并將圖像顯示在監(jiān)視器上，圖6是顯示的未通過任何增強處理的7~14位圖像.

圖7是顯示的經(jīng)過灰度拉伸處理的圖像，將14位拉伸成8位.

圖8 是經(jīng)過拉伸處理后再經(jīng)過偽彩色增強處理的圖像.圖9是經(jīng)過偽彩色增強處理的拉伸圖像再進行畫幅拉伸使之全屏顯示.

4 結語

本文設計了一種基于SDI接口輸出的圖像顯示系統(tǒng)，在FPGA 里面封裝了灰度拉伸.偽彩色處理以及畫幅拉伸增強算法函數(shù)，幾種算法可以單獨調(diào)用，也可以串行一塊工作.實驗結果表明，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)議轉換為標清SDI輸出，并可以把灰度很低的圖像進行對比度增強，極大增強了人眼的視覺效果，由于SDI轉換協(xié)議以及各個增強算法都在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)，完全可以達到資源優(yōu)化利用和實時性要求.