РАЗДЕЛ 2
АЛГОРИТМЫ АППАРАТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ И АППАРАТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ АЛГОРИТМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ
2.1. Аппаратно-ориентированные алгоритмы преобразования изображений
Большинство операций над изображениями выполняются с использованием методов, описанных в разделе 1. К числу этих операций относят [86-88]: сжатие, увеличение, поворот, фильтрация, параметрическое и непараметрическое сканирование, модификация полутонов и т. д. Любую из этих операций можно выбрать произвольно и применить ее к цифровому изображению, не стирая исходную копию, а затем визуально оценить результат преобразования. Использование перезагружаемого обрабатывающего ядра позволяет при преобразовании изображения одновременно выполнять над ним первые четыре из названных выше функций.
Проведение свертки с sinc-функцией обеспечивает теоретически идеальное преобразование изображения [89-91], но, к сожалению, требует обработки очень большого числа его элементов. В качестве стандарта качественного преобразования была выбрана усеченная sinc-функция, различные версии которой могли по желанию обладать свойством билинейности или быть ориентированы на обработку ближайших соседей. В процедуре цифрового преобразования использовались четыре соседних элемента (по два с каждой стороны) в каждом из двух направлений. Поэтому однопроходная интерполяция требовала выполнения 16 операций умножения и сложения на каждый преобразованный элемент, а при двухпроходной обработке нужно было выполнить четыре операции умножения и сложения на элемент при каждом проходе. Для практической реализации процедуры преобразования требовалось использование специализированных цифровых процессоров, способных выполнять арифметические операции с плавающей или фиксированной запятой.
Использование процедуры цифрового преобразования при коммерческой обработке изображений не накладывает на систему таких жестких требований, какие необходимы в оборонных или космических приложениях. Однако в настоящее время продолжают повышаться требования на характеристики создаваемых систем в связи с увеличивающейся технологической сложностью изделий. Технические параметры коммерческих систем цифрового преобразования изображений будут отличаться от характеристик, которыми обладают военно-космические системы. Так, хорошее качество выходного изображения может быть получено при использовании двухточечной (четыре точки на два направления) функции преобразования, обрабатывающее ядро которой можно перезагружать для получения различных вариантов выполняемой фильтрации. Кроме того, возрастают требования к диапазону изменения углов поворота и коэффициентов масштабирования.
Для преобразования элементов изображения используется параметрическое сканирование краев вместе с суперпозицией отображения элементов непараметрического сканирования. Отображение элементов осуществляется с разрешением, соответствующим характеристикам монитора.
Ниже рассматриваются два подхода к созданию системы цифрового преобразования изображений, которые основаны на однопроходном и двухпроходном алгоритмах. Основой однопроходного алгоритма является 4-точечный двумерный интерполятор.
Строки исходного изображения поступают с источника видеоданных в буфер оперативной памяти, откуда по сегментам поступают в преобразователь, где 4-точечный интерполятор преобразует данные в новые строки преобразованного изображения, которые затем снова поступают в буфер оперативной памяти, а потом записываются на выходные устройства.
Предполагается, что строки исходного изображения хранятся в полутоновом формате. Однопроходный преобразователь позволяет одновременно осуществлять дешифрацию данных, сжатых по строкам квантования, при условии, что отсутствует поворот изображения. Это ограничение не создает большого неудобства, поскольку первой выполняемой операцией обычно является дешифрация элементов и преобразование их в формат дисплея для инициирования диалогового режима обработки изображений. Как правило, в диалоговом режиме большая часть операций над изображениями выполняется, когда изображения представлены в формате дисплея. Это не является необходимым требованием обработки, хотя изображения в данном формате обрабатываются значительно быстрее. Для получения окончательного выходного видеопотока, безусловно, все параметры обработки, найденные при диалоговом манипулировании изображениями, используются для преобразования изображений, представленных в полномасштабном видеоформате, в реальном масштабе времени.
В однопроходном модуле цифрового преобразования кроме масштабирования, поворота и фильтрации можно выполнять функции такие, как задание режимов отображения элементов, параметрическое сканирование и полутоновое отображение. Отображение элементов выполняется над изображением перед операцией поворота. Маскирование данных осуществляется в самом начале процедуры преобразования. Параметры преобразования задаются с помощью сетки преобразования и указания направлений сканирования. Размеры ячейки полутонового отображения определяются по параметрам сетки преобразованного изображения.
В двухпроходном цифровом преобразователе элементы изображения пропускаются через аппаратуру обработки дважды: первый раз преобразование осуществляется вдоль строк исходного изображения, а второй раз - поперек строк с сохранением промежуточных данных. Данные исходного изображения записываются в буфер памяти, а затем поступают в модуль преобразователя, где над строкой изображения выполняется новое преобразование путем интерполяции двух соседних элементов. В это же время вдоль линии сканирования осуществляется считывание и маскирование элементов. Затем данные группируются в сегменты вдоль строк сканирования, каждый сегмент транспонируется в памяти, и по столбцам (поперек линии сканирования) данные записываются в промежуточный буфер в формате, удобном для выполнения второго прохода. Во время второго прохода данные сегментов вызываются по столбцам и обрабатываются модулем ци