中，像素点灰度值沿某个方向变化时大多数情况下是平坦的，在图像的边缘区域会出现突变，所以可以利用当前灰度点的值与上一个像素点灰度值的变化来反应当前点到下一个像素点灰度值的变化，一般当前后像素点的灰度值相差150时，缩放算法将其判断为边缘。
[0045]缩放算法具体包括:
[0046]a)双线性插值算法:在原始图像中有四个像素点，其水平和垂直方向的点距离为单位1，像素点分别为:f(i，i)，f(i+l，i)，f(i，i+l)，f(i+l，i+l)，目标像素点为Fd，C1或Δχ为目标像素与点f (i, i)在水平方向上的距离，Ctl或(l-Δχ)为目标像素与点f (i+1, i)在水平方向上的距离，具体分布如图3所示。
[0047]在水平方向上的第一次插值:
[0048]Fdl=C0f (i, i) +C^ (i+1, i) C0=1- Δ x, C1= Δ χ (I)
[0049]所以Fdl=(l-Ax)f(i, i) + Axf(i+l, i) (2)
[0050]然后在水平方向上进行第二次插值:
[0051]Fd2= (1-Δ x) f (i, i+1) + Δ xf (i+1, i+1) (3)
[0052]最后在垂直方向上对Fdl以及Fd2进行插值:
[0053]Fd= (1-Ay) Fdl+Ay Fd2 (4)
[0054]Ay为目标像素与点f(i，i)在垂直方向上的距离。
[0055]则目标像素点的计算表达式为:
[0056]Fd=(1-Ay) Fdl+Ay Fd2=Fdl+Δ y (Fd2-Fdl) = (l-Δχ) (1-Ay) f (i, ?) + Δχ (1-Ay)f (i+1, i) + (1- Δ χ) Δ y f (i, i+1) + Δ χ Δ y f (i+1, i+1) (5)
[0057]或者为:
[0058]Fd=f (i, ?) + Δχ (f (i + 1, l)-f (i, i) )+Δγ (f (i, i + l)-f (i, i) )+Δ χ Δ y (f (i + 1, i +l)+f(i, i)-f(i+l, i+1)) (6)
[0059]式(6)比式(5)而言，节省了 4个乘法器。
[0060]b)梯度插值算法:设二元函数f(x，y)在平面区域D内有一阶连续偏导数，则对于任一点PO (x0, y0) e D都可以写出一个向量:fx (x0, y0) i+fy (x0, yO) j，称为f (x, y)在PO (x0, y0)的梯度，它的方向是函数在这点的方向导数取得最大值的方向，它的模就等于方向导数的最大值。图像沿边缘方向灰度值变化缓慢，垂直于边缘方向灰度值变化较快，即图像边缘方向方向倒导数小，垂直方向方向导数较大。常见的边缘变化情况有三种:阶跃型边缘、屋顶型边缘以及线条型边缘。
[0061]当沿着垂直于边缘方向插值，由于垂直边缘方向是梯度场的方向，方向导数较大，会导致灰度值变化较快，经过插值之后，边缘部分的灰度值会被弱化，造成边缘模糊；如果沿着边缘方向插值，边缘方向是梯度场的垂直方向，方向导数较小，灰度值变化较慢，插值后边缘部分的灰度值依旧会保持原来的信息。
[0062]边缘变化有对应于图4中Fl到F2 (或者F3)的缓慢变化，也有变化对应于图4中F2、F3、F4以及F5的过度变化。对于缓慢的边缘的变化，在F2与F3之间，可以利用梯度插值近似插值得到F2’:F2’=F2+C’ (F2-F1) (C’是插值系数且为动态值，可通过调节此值来调节图像的对比度)；对于第二种可以采用的插值方法:F3’ =0.5 (F3+F4)+C’ [(F3-F2) + (F4-F5)]，当出现图4方向的变化时，需要对模型进行修正:F3’=0.5 (F3+F4)+C’ [ (F2-F3) + (F5-F4)]，此种情况的算法归纳为:
[0063]F3’=0.5 (F3+F4)，F3〈F2，F4〈F5 (I)
[0064]卩3’=0.5斤3+卩4)+(:’[(卩3-卩2)+ (卩4-卩5)]，其他情形(2)
[0065]c)改进算法:(I)有别于双线性插值用目标像素附近2x2个像素点进行插值，而扩展到4X4的像素阵列(坐标分别为All、A12、A13和A14,...,第四行坐标为A41、A42、A43以及A44，假设第二行的第二个像素点A22与原图像像素点对应);(2)在水平中间列和垂直的中间行各四个点使用梯度插值，得到水平方向的四个插值点:X1、X2、X3以及X4，及行中间点K (X1、X2、X3以及X4梯度插值的结果)，垂直方向上的四个插值点:Y1、Y2、Y3以及Υ4 ；(3)则4X4像素阵列的中间2X2个像素以及新生成的Χ2、Χ3、K、Υ2和Υ3构成新的3X3矩阵；(4)最后进行双线性插值，如果待插值点在此矩阵的左上角，就是用左上角的四个点进行双线性二次插值，在右下角就使用右下角的四点进行双线性插值。
[0066]具体算法实现:每次的算法实现都需要16个像素点的灰度值，在对DDR3的操作中，将它的突发长度BL设定为4，即只要通过一个读取命令，就可以连续读取同行的4个像素数据值，那只需要使用4次读写就可以获取到所有需要的像素灰度值。
[0067]FPGA逻辑实现的基础是自顶向下的模块化设计，下面介绍在此逻辑设计中的各个模块的功能:Timing_C0unter是分辨率自适应的计数器；DDR3_Ctrl模块为DDR3的控制模块，一般使用IP核实现；Addr_Gen为产生16个数据的地址产生模块；Pixel_data为从DDR3中读出的插值所需的16位数据；Timing_Ctrl为新像素的时序控制模块；Scaling为缩放算法实现模块；Display为送显模块。
[0068]Timing_Ctrl模块用来产生缩放后新图像的时序信号，Scalilng是对图像进行缩放的具体算法实现，其流程图如图5所示，具体实现流程如下:新图像的信号通过DVI信号输入后，首先经过Timing_C0unter的计数器模块，得到DE、HS以及VS信号的大小，从而得到输入图像的分辨率；之后图像信号经过DDR3_Ctrl控制的IP之后，存储在DDR3chip之中。当要对图像进行处理的时候，Addr_Gen模块将产生插值所需的16个数据的地址，DDR3_Ctrl根据地址再将数据取出，取出的数据经过Pixel_Data模块进行缓冲；Timing_Ctrl模块产生的是目标图像像素的时序信号，具体的算法实现在Scaling中实现；新时序结合新图像就可以发送到Display模块中进行最终送显之前的缓冲处理。
[0069]先用梯度插值将边缘部分的特点显示出来，然后再使用二次线性插值。
[0070]本算法实现了对不同分辨率图像的自适应基础上的图像缩放算法，在线性插值的基础上，针对图像的边缘，采取了梯度插值与二次线性插值相结合的缩放算法，而且在插值原像素点的选取上，选取了 4 X 4，供16个数据进行参考，可以在降低很小对比度的基础上，实现图像的缩放。
[0071]当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于其至少包括如下步骤: 50:输入图像； 51:获取输入图像的分辨率，计算水平和垂直缩放因子Sx、Sy ； 52:根据水平和垂直缩放因子Sx、Sy将新图像的点Ad映射到原图像的点As ； 53:选取原图像中最靠近As的点作为4X4的A22矩阵； 54:对A22矩阵进行水平和垂直的梯度插值； 55:对梯度插值后的图像进行双线性二次插值； 56:结合新时序和新像素数据进行显示至结束。2.如权利要求1所述的一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于:所述步骤SI包括:经显卡输出的输入视频图像通过DVI接口与FPGA的对应引脚进行连接，在FPGA侧采用大于两倍于视频像素数据时钟的频率对引脚信号进行采样计数，对行同步信号、场同步信号以及数据使能信号的高低电平个数进行计数，并得出输入视频的分辨率。3.如权利要求2所述的一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于:所述步骤S4为高频区域的处理方法，而所述步骤S5为低频区域的处理方法。4.如权利要求1或2或3所述的一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于:所述步骤S3中的A22矩阵包括:All A12 A13 A14A21 A22 A23 A24A3I A32 A33 A34A41 A42 A43 A44 假设第二行的第二个像素点A22与原图像像素点As对应。5.如权利要求4所述的一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于:所述步骤S4包括:在水平中间列和垂直的中间行各四个点使用梯度插值，得到水平方向的四个插值点:X1、X2、X3、X4、以及行中间点K其中行中间点K为X1、X2、X3、X4梯度插值的结果，而垂直方向上的四个插值点:Y1、Y2、Y3、Y4 ;由此4X4矩阵的中间2X2个像素以及新生成的Χ2、Χ3、K、Υ2和Υ3构成新的3X3矩阵。6.如权利要求5所述的一种不同分辨率图像自适应缩放方法，其特征在于:所述步骤S5:如果待插值点在新的3X3矩阵的左上角，就是用左上角的四个点进行双线性二次插值，如果待插值点在新的3X3矩阵的右下角就使用右下角的四点进行双线性插值。
【专利摘要】本发明公开了一种不同分辨率图像自适应缩放方法，通过对图像进行水平和垂直的梯度插值，并对插值后的图像进行双线性二次插值，再结合新时序和新像素数据进行显示。本发明在输入未知分辨率的图像前提下，自动识别输入影像的分辨率并通过合适的缩放算法，清晰显示放大后的图像。
【IPC分类】G06T3/40
【公开号】CN104915923
【申请号】CN201410089005
【发明人】王卫
【申请人】南京巨鲨显示科技有限公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月11日