线扫描图像 Scaling

简短说明

文件： \examples\Processing\Geometry\ScalingLine\ScalingLineP16.va
\examples\Processing\Geometry\ScalingLine\ScalingLineP8.va

默认平台： mE5-MA-VCL

简要说明

线扫描图像的 Scaling 和转换

VisualApplets 设计“ScalingLineP8.va”和“ScalingLineP16.va”可按任意因子对 CameraLink Full 配置下的灰度线扫描相机图像进行 Scaling，从而转换输入和输出之间的图像宽度。“ScalingLineP8.va”专为 Parallelism 8 设计，“ScalingLineP16.va”专为 marathon VCL 平台的 Parallelism 16 设计。本文档介绍了 VisualApplets 中的算法和实现。若要使用该设计，需要计算许多查找表值。附带的 C++ 和 Matlab 程序提供了这些计算，以简化使用。

行中 Scaling/变换的基本思想

线图像的 Scaling/转换/Distortion Correction 是基于源图像和目标图像坐标进行的。下面将通过示例坐标对和 Parallelism 4 来解释算法的基本原理。

目标坐标： 0 1 2 3 | 4 5 6 7 | 8 9 10 11 | 12 13 14 15
源坐标： 0.3 0.5 1.4 1.5 | 2.2 3.4 3.6 4.2| 5.4 5.5 7.8 8.5 | 9.1 11.4 13.3 14.1

我们采用 Target-To-Source 程序。对于目标图像（=发送给 PC 的输出图像）中的每个像素，我们选择相应的（四舍五入的）整数坐标以及源图像中的相应像素值。通过同时选择源图像中当前像素坐标的前一个像素邻居，来考虑像素间的位置。通过线性插值计算输出图像中的正确像素值。由于 Parallelism 的原因，无法从源图像中读取单个像素。因此，必须以有用的顺序读取“字”（同时读取的像素单元）。有时可能需要多次读取字，或者根本不需要读取。在从源图像读取的这些字中，必须选择用于创建输出字的正确像素位置。将删除读取的字中不需要的像素。以下示例说明了源图像坐标的读取访问：

Memory Read Count 周期	请求的目标坐标	对应的源坐标	读取字 / 含像素	使用字中的像素
1	0, 1 2, 3	0.3, 0.5, 1.4, 1.5	0/ 0, 1, 2, 3	1, 1, 2, 2
2	4	2.2	0/ 0, 1, 2, 3	3, x, x, x
3	5, 6, 7, 8	3.4, 3.6, 4.2, 5.4	1/ 4, 5, 6, 7	4, 4, 5, 6
4	9	5.5	1/ 4, 5, 6, 7	6, x, x, x
5	10, 11, 12	7.8, 8.5, 9.1	2/ 8, 9, 10, 11	9, 8, 10, x
6	13, 14, 15	11.4, 13.3, 14.1	3 / 12, 13, 14, 15	12, 14, 15, x

表 24. 读取周期

其中“x”表示该像素已被删除。

在 VisualApplets 中的实现

该设计的主要组件包括（图 335）：

1. 线扫描相机接口，包括触发系统和缓冲区；
2. 相机图像 Scaling（在 Transformation 中）；
3. 向 PC 进行 DMA 数据传输；

图 335. Scaling 线扫描相机图像的基本设计结构

接下来，我们将详细描述主组件 Transformation。

转型

您可以在图336中看到变换的组成部分。

图 336.变换的组成部分

相机线扫描图像的缩放操作采用目标到源 (Target-To-Source) 流程。在 WordToRead 函数中，我们选择从输入相机图像中读取 8 个像素单元（并行度为 8，位于“ScalingLineP8.va”中）或 16 个像素单元（并行度为 16，位于“ScalingLineP16.va”中）的顺序（即“字”）。在PixelPicker 函数中，我们决定需要从读取的字中选择哪些像素。插值计算输出图像中的像素值时，会考虑源图像中像素之间的位置关系。

WordToRead

模块 WordToRead 的组成部分如图337所示。

图 337. WordToRead的组成部分

待从源图像中读取的单词的顺序和频率在查找表 (LUT) WordsToRead中定义。该表的内容由外部 C++ 程序“ScalingLUTS.cpp”生成，或者也可以使用 MATLAB 模块“LUTS_Scaling.m”和“ScalingTablelLine.m”生成。请参阅相关章节。本文档中，此查找表的输入链接由CreateBlankImage和Coordinate_X定义。CreateBlankImage 的参数ImageWidth的值必须与LUT: WordsToRead中的元素数量完全相同。参数ImageHeight必须CreateBlankImage源图像在 y 方向上的图像尺寸匹配。源图像中的字按照LUT: WordsToRead定义的顺序从缓冲区LineMemoryRandomRd_1和LineMemoryRandomRd_2中读取。源图像以线性方式写入这些缓冲区。由于最大位深度为 64 位且并行度为 1，因此需要两个缓冲区。对于每个字，选择并读取前一个字的最后一个像素（ SYNC之前的上行操作）。使用Merge运算符将此值添加到对应的字中。

PixelPicker

在PixelPicker模块（参见图338 ）中，缩放后的输出词的像素是通过从读取的单词中选择Pick_0到Pick_15 （或并行度为 8 时选择到Pick_7 ）组件来选择的。如果不需要读取的单词的像素（参见第节），则查找表RemovePixel会删除它们。上述表格（ Pick_0到Pick_15和RemovePixel ）的内容可以使用外部 C++ 程序“ScalingLUTS.cpp”创建，也可以使用 MATLAB 模块“LUTS_Scaling.m”和“ScalingTablelLine.m”创建。另请参阅相关章节。本文档中。

图 338. PixelPicker的组成部分

图339显示了 HierarchicalBox Pick_0的内容。查找表PickComponent0定义了从读取的单词（ SelectFromParallel：单词和Coordinate_X：数字）中哪个像素是当前输出单词的第 0 个分量。使用运算符 CASE选择相应的像素。将其与其前一个像素一起写入当前像素（ MergePixel ）。与上述过程类似，使用模块Pick_1到Pick_15 （或到Pick_7 ）选择当前输出单词的第 1 到 15 个像素（或并行度为 8 时的第 7 个像素）。单个像素Pick_0到Pick_15 （或到Pick_7 ）以并行度 16 或 8 合并到当前变换/缩放后的单词中（图338中的MergeParallel ）。

图 339. Pick_0的内容

Interpolation

为了获得发送到 PC 的输出图像中像素位置的正确值，必须考虑源图像中的像素间位置。在插值模块（图336 ）中，执行线性插值 [ Bur06 ]：

$\text{[math]}$

公式 30。

在此 $\text{[math]}$ 是输出图像中的像素值，对应于值 $\text{[math]}$ 在源图像中，位置 x 处。此外 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 是像素坐标处的值 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 在源图像中。像素间距为 $\text{[math]}$ 有关线性插值的更多信息，例如，您可以在[此处]找到。Bur06].

模块的内容 Interpolation 如图所示。 340。当前像素的值 $\text{[math]}$ 与其前一个像素 $\text{[math]}$ 使用运算符进行隔离 SelectBitField: Current 和 SelectBitField: Previous。以下各项的值 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 乘以 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 根据公式 30。有关子像素位置的信息 $\text{[math]}$ 包含在四个查找表中 Fractional_Part0 更改为 Fractional_Part3 在设计“ScalingLineP16.va”中。每个表包含当前输出字的 4 个像素的子像素位置 $\text{[math]}$ 。每个子像素位置的位深为 6 位。LUT 的内容可以通过外部 C++ 程序“ScalingLUTS.cpp”创建，或者使用 MATLAB 模块“LUTS_Scaling.m”和 “ScalingTablelLine.m”来创建。为此，请参见本文档中的节 Fractional_Part0 更改为 Fractional_Part3 可以使用外部 C++ 程序“ScalingLUTS.cpp”创建，或者使用 MATLAB 模块“LUTS_Scaling.m”和“ScalingTablelLine.m”创建。另请参阅相关章节。。设计“ScalingLineP8.va”包含一个包含子像素位置的表 Fractional。其内容也可以使用外部 C++ 和 Matlab 程序模块创建。最后，通过 DMA 传输将转换/Scaling 后的行图像发送到 PC（参见图 336）。

图 340. Interpolation 组件

VisualApplets 设计的查找表

设计“ScalingLineP16.va”和“ScalingLineP8.va”（参见节）所需的查找表可以通过 C++ 程序 “ScalingLUTs.cpp”（在文件夹“LUTS_Cpp”中）或 MATLAB 程序模块“LUTS_Scaling.m”和“ScalingTableLine.m”（在文件夹“LUTS_MATLAB”中）创建。

ScalingLUTs.cpp

1. 请在程序（或命令提示符）中定义以下参数：

//////////////////////Parameter////////////////////

/* 请指定这些参数！*/////////////////

uint64_t parallelism = 8; // 对于“ScalingLineP8.va”设为 =8，对于“ScalingLineP16.va”设为 =16

uint64_t fractionalBits = 6; // = 6：“ScalingLineP8.va”和“ScalingLineP16.va”中的默认值

uint64_t noOfFractionalLUTs = parallelism == 8 ? 1 : 4; // 小数表数量 = “ScalingLineP8.va”中的 1 且 = “ScalingLineP16.va”中的 4

int InputWidth; // 输入图像的宽度

int OutputWidth; // 发送到 PC 的图像宽度

对于 VisualApplets 设计“ScalingLineP16.va”，将 parallelism 参数设置为 16，对于“ScalingLineP8.va”则设置为 8。 fractionalBits 的值 6 是两个设计中的默认值。设计“ScalingLineP16.va”具有四个表（const int noOfFractionalLUTs = 4），其中包含用于插值的子像素位置（参见图 340）。而设计“ScalingLineP8.va”则有一个表（const int noOfFractionalLUTs = 1）。线扫描图像的 Scaling 由 InputWidth 与 OutputWidth 之间的关系决定。

2. 运行程序！

3. 创建了以下文件，这些文件可加载到 VisualApplets 设计中的查找表中：

文件	VA LUT
FractionalTable_0.txt 到 FractionalTable_3.txt	Fractional_Part0（对于 parallelism 8 则为 Fractional）到 FractionalPart_3
PickerTable_0.txt 到 PickerTable_15.txt（或到 PickerTable_7.txt）	PickComponent0 到 PickComponent15（或到 PickComponent7）
TableWordsToRead.txt	WordsToRead
RemoveTable.txt	RemovePixel

表 25. Visual Applets 中的文件及其对应的查找表

此外，还创建了文本文件 ScalingTable.txt。它包含源图像中每个输出图像像素对应的坐标（另请参阅章节）。

ScalingTableLine.m and LUTS_Scaling.m

请打开模块“ScalingTableLine.m”并定义参数

InputWidth=…；

OutputWidth=…；

1. 运行程序！

2. 已创建文本文件 ScalingTableLine.txt。它包含源图像中每个输出图像像素对应的坐标。

3. 请打开模块“LUTS_Scaling.m”并定义参数

parallelism = ...；

NoOfFractionalBits=...；

NoOfFractionalTables=...；

运行程序！创建的文件对应于 Tab. 25 中的文件，这些文件可以加载到 VisualApplets 设计中的查找表中。

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