устройство ввода изображения в эвм коррекции дисторсии

Формула изобретения

Устройство ввода изображения в ЭВМ и коррекции дисторсии, содержащее АЦП, схему управления (СУ), ОЗУ видеоданных (ОЗУВД), формирователь адреса (ФА), ОЗУ таблицы коррекции абсцисс (ОЗУТКА), ОЗУ таблицы коррекции ординат (ОЗУТКО), формирователь корректирующего адреса (ФКА), контроллер шины (КШ), отличающееся тем, что дополнительно введены ОЗУ малой емкости (ОЗУМЕ) и устройство коррекции (УК), причем первый вход АЦП является входом для подключения информационного аналогового сигнала от источника изображения, первый вход АЦП соединен с первым входом схемы управления, второй вход АЦП соединен с первым выходом схемы управления, группа выходов АЦП подключена к группе входов-выходов ОЗУ видеоданных, группе входов КШ, первому групповому входу ОЗУМЕ, второй вход СУ подключен ко второму выходу КШ, второй выход схемы управления соединен с входом ОЗУ видеоданных, третий, четвертый, пятый выходы СУ подключены соответственно к первому, второму, третьему входам ФА, первая и вторая группы выходов которого соединены с первой и второй группами входов ФКА, а третья группа выходов ФА соединена с группами входов ОЗУТКА и ОЗУТКО и третьей группой выходов КШ, шестой выход СУ подключен к входу КШ для приема сигнала готовности передачи кадра изображения в ЭВМ, второй и третий групповые входы ОЗУМЕ соединены с первым и вторым групповыми выходами ФА соответственно, первый, второй, третий, четвертый, пятый групповые выходы ОЗУМЕ подключены к первому, второму, третьему, четвертому, пятому групповым входам УК соответственно, групповой выход УК соединен с групповым входом КШ, группа входов-выходов ОЗУТКА и группа входов-выходов ОЗУТКО подключены к третьей и четвертой группам входов ФКА и к первой и второй группам выходов КШ соответственно, группа выходов ФКА подключена к первой группе входов ОЗУВД и четвертой группе выходов КШ, первый выход КШ соединен со входами ОЗУТКА и ОЗУТКО, группа входов-выходов КШ используется для подключения устройства к системной шине ЭВМ и передачи изображения в ЭВМ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для коррекции искажений, вносимых в изображение оптической системой оптико-электронного устройства (видеокамеры, фотоаппарата, проекционного дисплея), и последующего ввода исправленного изображения в ЭВМ или другое цифровое устройство обработки изображения.

Известно устройство для ввода изображения в ЭВМ (пат. № 2166790 РФ, МПК⁷ G06F 3/00, 2001 г.), содержащее блок управления, регистр приема, блок буферной памяти, счетчик адреса, блок связи с ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), первый и второй блоки канальных передатчиков.

Недостатком этого устройства является низкая точность ввода изображения, обусловленная вносимыми погрешностями при получении цифрового изображения.

Наиболее близким к предлагаемому является корректирующее устройство ввода изображения в ЭВМ (пат. № 2295153 РФ, МПК⁷ G06K 9/32, 2007.03.10), состоящее из АЦП, схемы управления, ОЗУ видеоданных, формирователя адреса, ОЗУ таблицы коррекции абсцисс, ОЗУ таблицы коррекции ординат, формирователя корректирующего адреса, контроллера шины.

Недостатком этого устройства является низкая точность ввода изображения, обусловленная вносимыми погрешностями при преобразовании аналогового изображения в цифровое и вносимыми погрешностями при коррекции искажений (в частности, вызванных дисторсией) вследствие дискретизации корректирующих смещений, определяющих точность коррекции.

Технической задачей изобретения является повышение точности ввода изображения в ЭВМ путем коррекции дисторсии, вызванной погрешностями передачи изображения оптической системой оптико-электронного устройства.

Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее АЦП, схему управления (СУ), ОЗУ видеоданных (ОЗУВД), формирователь адреса (ФА), ОЗУ таблицы коррекции абсцисс (ОЗУТКА), ОЗУ таблицы коррекции ординат (ОЗУТКО), формирователь корректирующего адреса (ФКА), контроллер шины (КШ), были введены ОЗУ малой емкости (ОЗУМЕ) и устройство коррекции (УК), причем первый вход АЦП является входом для подключения информационного аналогового сигнала от источника изображения, первый вход АЦП соединен с первым входом схемы управления, второй вход АЦП соединен с первым выходом схемы управления, группа выходов АЦП подключена к группе входов-выходов ОЗУ видеоданных, группе входов КШ, первому групповому входу ОЗУМЕ, второй вход СУ подключен ко второму выходу КШ, второй выход схемы управления соединен с входом ОЗУ видеоданных, третий, четвертый, пятый выходы СУ подключены соответственно к первому, второму, третьему входам ФА, первая и вторая группы выходов которого, соединены с первой и второй группами входов ФКА, а третья группа выходов ФА соединена с группами входов ОЗУТКА и ОЗУТКО и третьей группой выходов КШ, шестой выход СУ подключен к входу КШ для приема сигнала готовности передачи кадра изображения в ЭВМ, второй и третий групповые входы ОЗУМЕ соединены с первым и вторым групповыми выходами ФА соответственно, первый, второй, третий, четвертый, пятый групповые выходы ОЗУМЕ подключены к первому, второму, третьему, четвертому, пятому групповым входам УК соответственно, групповой выход УК соединен с групповым входом КШ, группа входов-выходов ОЗУТКА и группа входов-выходов ОЗУТКО подключены к третей и четвертой группам входов ФКА и к первой и второй группам выходов КШ соответственно, группа выходов ФКА подключена к первой группе входов ОЗУВД и четвертой группе выходов КШ, первый выход КШ соединен со входами ОЗУТКА и ОЗУТКО, группа входов-выходов КШ используется для подключения устройства к системной шине ЭВМ и передачи изображения в ЭВМ.

Изобретение может быть использовано для ввода изображения в ЭВМ, коррекции искажений, вызванных влиянием радиальной дисторсии, и соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема корректирующего устройства ввода.

Устройство содержит АЦП 1, СУ 2, ОЗУВД 3, ФА 4, ОЗУМЕ 5, ОЗУТКА 6, ОЗУТКО 7, УК 8, ФКА 9, КШ 10, причем первый вход АЦП 1 является входом для подключения информационного аналогового сигнала от источника изображения, первый вход АЦП 1 соединен с первым входом СУ 2, второй вход АЦП 1 соединен с первым выходом 2, группа выходов АЦП 1 подключена к группе входов-выходов ОЗУВД 3, группе входов КШ 10 и первому групповому входу ОЗУМЕ 5, второй вход СУ 2 подключен ко второму выходу КШ 10, второй выход СУ 2 соединен с входом ОЗУВД 3, третий, четвертый, пятый выходы СУ 2 подключены соответственно к первому, второму, третьему входам ФА 4, первая и вторая группы выходов которого соединены с первой и второй группами входов ФКА 9, а третья группа выходов ФА 4 соединена с группами входов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 и третьей группой выходов КШ 10, шестой выход СУ 2 подключен к входу КШ 10, первый, второй, третий, четвертый и пятый групповые выходы ОЗУМЕ 5 подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому групповым входам УК 8, групповой выход которого подключен к групповому входу КШ 10, второй и третий групповые входы ОЗУМЕ 5 соединены с первым и вторым групповыми выходами ФА 4 соответственно, группы входов-выходов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 подключены к третьей и четвертой группам входов ФКА 9 и первой, и второй группам выходов КШ 10, соответственно, группа выходов ФКА 9 подключена к первой группе входов ОЗУВД 3 и четвертой группе выходов КШ 10, первый выход КШ 10 соединен со входами ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7, группа входов-выходов КШ 10 используется для подключения устройства к системной шине ЭВМ.

АЦП 1 предназначен для аналого-цифрового преобразования сигнала от источника изображения в цифровой код, соответствующий амплитуде сигнала. СУ 2 осуществляет синхронизацию работы АЦП 1, формирование импульсных сигналов, соответствующих поступлению на вход корректирующего устройства ввода очередного пиксела, очередной строки, очередного кадра, также СУ 2 предназначена для управления работой ОЗУВД, включающей синхронизацию при записи данных от АЦП 1, и передачи данных с ЭВМ. ОЗУВД 3 предназначено для хранения кадра изображения. ФУ 4 выполняет функцию преобразования адреса очередного поступающего пиксела в формате («номер строки», «номер столбца») в адрес, определяемый одной переменной, соответствующий линейному адресному пространству ОЗУВД 3. УК 8 предназначен для коррекции яркости текущего пиксела, которая рассчитывается на основе яркостей смежных пикселей. ОЗУМЕ 5 предназначено для хранения трех строк изображения. ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 предназначены для хранения корректирующих таблиц, позволяющих определить смещение пиксела в горизонтальном и вертикальном направлении в зависимости от его координат. ФКА 9 обеспечивает определение адреса очередного пиксела с учетом его текущих координат и корректирующих смещений. КШ 10 предназначен для управления обменом данными между ЭВМ и корректирующим устройством ввода.

Устройство работает в двух режимах - режиме ввода изображения в ЭВМ и режиме настройки.

В режиме ввода изображения сигнал от источника изображения поступает на первый вход АЦП 1 и на первый вход СУ 2. СУ 2 на первом выходе в момент передачи яркости очередного пиксела подает управляющий сигнал на второй вход АЦП 1, разрешающий определение цифрового значения амплитуды, и АЦП 1 на группе выходов формирует цифровое значение амплитуды, которое поступает на группу входов-выходов ОЗУВД 3; на втором выходе СУ 2 через интервал времени, достаточный для определения АЦП 1 цифрового значения амплитуды и вычисления ФКА 9 скорректированного адреса, формируется сигнал, поступающий на вход ОЗУВД 3 и разрешающий запись данных о яркости очередного пиксела в ОЗУВД 3.

На третьем, четвертом и пятом выходах СУ 2 формируются импульсы, соответствующие поступлению на вход корректирующего устройства ввода очередных пиксела, строки и кадра, и поступают на первый, второй и третий входы ФА 4 соответственно. ФА 4 на первой и второй группах выходов формирует в параллельном коде номер столбца и строки очередного пиксела, определенные относительно центра кадра. С первой и второй групп выходов ФА 4 номер столбца и строки поступают на первую и вторую группы входов ФКА 7.

На третьем выходе ФА 4 в параллельном коде формируется адрес А очередного пиксела, равный

А=х+у·Х,

где х - номер столбца, у - номер строки, на пересечении которых находится очередной пиксел, Х - размер кадра вводимого изображения по горизонтали, и поступает на группы входов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7. На группах входов-выходов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 в результате чтения данных в параллельном коде формируются корректирующие смещения х= х(A) по горизонтали и у= у(A) по вертикали и поступают на третью и четвертую группы входов ФКА 7.

УК 8 производит коррекцию яркости текущего записываемого в ОЗУВД 3 пикселя посредством интерполяции яркостей соседних пикселей. УК 8 вычисляет (корректирует) яркость I_cur текущего пикселя на основе яркостей пикселов, смежных с текущим, считываемых из ОЗУМЕ 5, по формуле

где k_cur - весовой коэффициент, определяющий степень коррекции яркости текущего пикселя, I _i - яркость смежного пикселя, k_i - весовой коэффициент, определяющий степень влияния яркости смежного пикселя на яркость текущего пикселя.

С группового выхода АЦП 1 яркость очередного пикселя подается на первый групповой вход ОЗУ ME 5. ОЗУ ME 5 представляет собой сдвиговый регистр со схемой управления, обеспечивающий хранение трех строк изображения (текущей строки - строки, содержащей текущий обрабатываемый пиксель, предыдущей и последующей строк относительно текущей). В процессе получения изображения от источника изображения при записи яркости очередного пиксела в ОЗУ ME 5 производится смещение (перезапись) яркостей ранее поступивших пикселей на 1 вперед таким образом, что ОЗУ ME 5 хранит яркости точек текущей, предыдущей и последующей строк изображения. Для того чтобы в ОЗУ ME 5 хранилась последующая строка кадра (относительно текущего обрабатываемого пикселя), обработку (запись в ОЗУВД 3) яркостей пикселей производят не в реальном времени, а запаздыванием на одну строку поступающего изображения.

Для коррекции яркости текущего обрабатываемого пикселя на первом, втором, третьем, четвертом и пятом выходах в ОЗУ ME 5 формируются яркости левого верхнего, правого верхнего, левого нижнего, правого нижнего (относительно текущего обрабатываемого) и текущего пикселей соответственно, определяемые поступающими с первого и второго групповых выходов ФА 4 на второй и третий групповые входы ОЗУ ME 5 номерами строки и столба текущего пиксела, и поступают на первый, второй, третий, четвертый, пятый групповые входы УК 8. УК 8 по формуле (*) рассчитывает скорректированную яркость текущего пикселя, которая с его группового выхода поступает на групповой вход-выход ОЗУВД 3.

ФКА 9 на группе выходов формирует в параллельном коде значение А^/ скорректированного адреса, равное

A^/ =(x+ x)+(y+ y)·X,

которое поступает на группу входов ОЗУВД 3.

В результате в ОЗУВД 3 записывается амплитуда (яркость) очередного пиксела по скорректированному адресу и после записи пикселов всего кадра в ОЗУВД 3 формируется изображение.

После записи всего кадра изображения в ОЗУВД 3 на шестом выходе СУ 2 формируется сигнал, поступающий на вход КШ 10 и уведомляющий о готовности передачи кадра изображения в ЭВМ.

При передаче кадра (или части кадра) изображения в ЭВМ на втором выходе КШ 10 формируется сигнал, поступающий на второй вход СУ 2, по которому на втором выходе СУ 2 формируется сигнал, поступающий на вход ОЗУВД 3 и переводящий ОЗУВД 3 в режим чтения данных. На четвертой группе выходов КШ 10 формируется адрес, поступающий на группу входов ОЗУВД 3, с группы входов-выходов ОЗУВД 3 информация о яркости пиксела подается на группу входов КШ 10, КШ 10 передает яркость пиксела с группы входов-выходов в ЭВМ.

В режиме настройки устройства от ЭВМ на группу входов-выходов КШ 10 поступает информация о корректирующих поправках по горизонтали и вертикали для каждого пиксела кадра. С первой и второй групп выходов КШ 10 на группы входов-выходов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 поступают значения x и у, с третьей группы выходов КШ 10 на группы входов ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 поступают адреса, по которым записываются значения x и у, с первого выхода КШ 10 на входы ОЗУТКА 6 и ОЗУТКО 7 поступает сигнал, разрешающий запись значений x и у.

Структура СУ определяется параметрами входного сигнала. Для реализации СУ можно использовать программируемые логические микросхемы (ПЛИС) или специализированные микросхемы, например TLC8044. ФА, ФКА реализуются на микросхемах, реализующих функции счетчиков, сумматоров и логических элементов, или на ПЛИС, выполняющих указанные операции при расчете адресов А и А^/ например на ПЛИС ХС3042РС84. ОЗУМЕ, ОЗУТКА, ОЗУТКО, ОЗУВД реализуется на микросхемах памяти, удовлетворяющих требуемому быстродействию и объему. Для реализации УК также можно использовать ПЛИС. Реализация КШ определяется типом используемой шины ЭВМ. Так при использовании шины PCI в качестве КШ используются специализированные большие интегральные схемы, при использовании шины ISA структура КШ существенно упрощается и КШ может быть реализован на ПЛИС малой емкости или серийно выпускаемых микросхемах.

Изобретение позволяет повысить точность ввода изображения в ЭВМ за счет переноса пикселей в истинные позиции и дополнительной коррекции их яркости.