Scaling a Line Scan Image

簡短描述

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

預設平台： mE5-MA-VCL

簡短說明

Scaling 以及線掃描影像的處理與轉換

VisualApplets 設計的「ScalingLineP8.va」與「ScalingLineP16.va」，可將 CameraLink Full 配置下灰階線掃描相機所拍攝的影像，透過任意倍率進行縮放，以轉換輸入與輸出影像之間的寬度。「ScalingLineP8.va」是針對 8 級並行度所設計，而「ScalingLineP16.va」則針對 16 級並行度，適用於marathon VCL 平台。本文檔描述了VisualApplets 中的演算法與實作。若要使用此設計，需計算若干查表值。隨附的 C++ 與 Matlab 程式可進行這些計算，以簡化使用流程。

Basic Idea for Scaling/Transformation in a Line

線性影像的縮放／變換／失真校正，是基於來源影像與目標影像的座標進行的。以下將透過範例座標對，並採用 4 級並行處理，說明該演算法的基礎原理。

目標座標： 0 1 2 3 | 4 5 6 7 | 8 9 10 11 | 12 13 14 15
來源座標： 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

我們採用「目標至來源」的處理程序。對於目標影像（即輸出至電腦的影像）中的每個像素，我們會選取對應的（四捨五入後的）整數座標以及來源影像中對應的像素值。為了處理像素之間的間距，我們還會選取來源影像中當前像素座標的前一個鄰近像素。透過線性插值，即可計算出輸出影像中的正確像素值。由於並行處理的限制，無法從來源影像中逐個讀取像素。因此必須以合適的順序讀取「字」（即同時讀取的像素單位）。可能發生某個「字」需要讀取多次，或根本不需要讀取的情況。在這些從原始影像讀取的「字」中，必須選取正確的像素位置以生成輸出「字」。讀取的「字」中不需要的像素將會被刪除。以下範例說明從原始影像座標進行讀取存取的過程：

記憶體讀取次數（週期）	要求的目標座標	各來源座標	讀取 Word／包含 Pixel	在 Word 中使用 Pixel
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. 閱讀週期

而「x」則表示該像素已被刪除。

在 VisualApplets 中的實作

該設計的主要組成部分如下（圖335）：

1. 與線掃描相機的介面，包含觸發系統與緩衝區；
2. 相機影像的Scaling (單位為轉換中）；
3. 透過 DMA 將資料傳輸至個人電腦；

圖 335. 線性相機影像縮放的基本設計架構

以下我們將說明主要組件轉換進行詳細說明。

Transformation

您可以查看變換的組成部分，請參見圖336。

圖 336.轉換的組成部分

相機線掃描影像的縮放是透過「目標至來源」程序進行的。在 WordToRead 中，我們選定以何種有效順序從輸入相機影像中讀取 8 個（「ScalingLineP8.va」中並行度為 8）或 16 個（「ScalingLineP16.va」中並行度為 16）像素（=「字」）的群組。在 PixelPicker 中，我們決定從讀取的「字」中需要哪些像素。插值在計算輸出影像中的像素值時，會考慮來源影像中像素間的位置關係。

WordToRead

WordToRead 模組的組成部分如圖337 所示。

圖 337.WordToRead的組成部分

從原始影像中讀取單字的順序與頻率，定義於 LUT: WordsToRead中定義。此表格的內容可透過外部 C++ 程式「ScalingLUTS.cpp」建立，或改用 MATLAB 模組「LUTS_Scaling.m」及「ScalingTablelLine.m」建立。相關詳情請參閱本文件中的節。此查找表的輸入連結由 CreateBlankImage 以及 Coordinate_X。參數 ImageWidth 的 CreateBlankImage 的參數ImageWidth的值，必須與 LUT：WordsToRead中的元素數完全相同。參數 ImageHeight 必須與來源影像在 y 方向上的尺寸相符。來源影像中的文字會從緩衝區 LineMemoryRandomRd_1 和 LineMemoryRandomRd_2 中讀取，其順序由 LUT：WordsToRead所定義的順序中讀取。來源影像會以線性方式寫入這些緩衝區。由於最大位元深度為 64 位元且平行度為 1，因此需要兩個緩衝區。對於每個字，系統會選取並讀取前一字的最後一個像素（位於 SYNC）選取並讀取前一字的最後一個像素（位於SYNC 之前的上層運算行）。此值會透過運算子 Merge運算子，將其加到對應的字中。

PixelPicker

在模組中 PixelPicker （參見圖338）中，用於縮放後輸出字元的像素是透過元件 Pick_0 至 Pick_15 （或至 Pick_7 並行度為 8）從讀取的單詞中選取。若讀取的單詞中的像素無需使用（參見節）則查表 RemovePixel 會將其刪除。上述表格（Pick_0 至 Pick_15 及 RemovePixel）的內容，可透過外部 C++ 程式「ScalingLUTS.cpp」建立，或改用 MATLAB 模組「LUTS_Scaling.m」與「ScalingTablelLine.m」。有關此部分，請參閱本文件中一節。

圖 338.PixelPicker的組成元件

在圖339中，HierarchicalBox 的內容 Pick_0 的內容。該查表 PickComponent0 定義了從（SelectFromParallel: Word 與 Coordinate_X: 數字）中的哪個像素是當前輸出單字的第 0 個組件。透過運算子 CASE 運算子將選取對應的像素。該像素將與其前一個像素合併後，寫入當前像素（MergePixel）。類似於上述所述程序，透過模組 Pick_1 至 Pick_15 （或至 Pick_7)。單一像素 Pick_0 至 Pick_15 （或至 Pick_7) 會以 16 或 8 的並行度與當前經轉換／縮放的單詞進行合併 (MergeParallel ，如圖338 所示）。

圖 339.Pick_0的內容

Interpolation

為了在傳送至電腦的輸出影像中，獲得像素位置的正確數值，必須考量原始影像中的像素間位置。在此模組中 「插值」 模組（圖336）中，會執行線性插值 [Bur06]：

$\text{[math]}$

方程式 30。

這裡 $\text{[math]}$ 是輸出影像中的像素值，該值對應於 $\text{[math]}$ 在原始圖像中位於 x 位置。此外 $\text{[math]}$ 進行明確的生命週期管理即呼叫 $\text{[math]}$ 是位於像素座標處的數值 $\text{[math]}$ 進行明確的生命週期管理即呼叫 $\text{[math]}$ 在原始圖像中。像素間的位置是 $\text{[math]}$ . 有關線性插值的更多資訊，您可參閱例如 [Bur06]。

本模組的內容 Interpolation 顯示於圖 340. 當前像素的數值 $\text{[math]}$ 以及他們的前任者 $\text{[math]}$ 以運算子分隔 SelectBitField：當前 進行明確的生命週期管理即呼叫 SelectBitField：上一頁. 這些數值的 $\text{[math]}$ 進行明確的生命週期管理即呼叫 $\text{[math]}$ 與……相乘 $\text{[math]}$ 進行明確的生命週期管理即呼叫 $\text{[math]}$ 根據方程式 30. 關於像素間位置的資訊 $\text{[math]}$ 包含於四個查表中 Fractional_Part0 設為 分數_第3部分 在設計「ScalingLineP16.va」中。每個表格都包含 4 個像素的當前輸出字的像素間位置 $\text{[math]}$ . 每個像素間的位置皆具有 6 位元色深。LUT 的內容 Fractional_Part0 設為 分數_第3部分 可透過外部 C++ 程式「ScalingLUTS.cpp」建立，或改用 MATLAB 模組「LUTS_Scaling.m」及「ScalingTablelLine.m」建立。關於此點，請參閱第在本文件中。設計「ScalingLineP8.va」包含一個名為 Fractional 的表格，其中儲存了像素間的位置。其內容亦可透過外部的 C++ 及 Matlab 程式模組建立。最後，經變換／縮放後的線條影像會透過 DMA 傳輸傳送至個人電腦（參見圖 336)。

圖 340.插值的組成部分

Lookup Tables for The VisualApplets Design

設計「ScalingLineP16.va」和「ScalingLineP8.va」所需的查表（參見章節）可透過 C++ 程式「ScalingLUTs.cpp」（位於「LUTS_Cpp」資料夾中），亦可透過 MATLAB 程式模組「LUTS_Scaling.m」和「ScalingTableLine.m」（位於「LUTS_MATLAB」資料夾中）來建立。

ScalingLUTs.cpp

1. 請在程式中（或於命令提示字元中）定義以下參數：

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

/ 請指定這些參數！//////////

uint64_t parallelism = 8; // 「ScalingLineP8.va」的值為 8，「ScalingLineP16.va」的值為 16

uint64_t fractionalBits = 6; // = 6：在「ScalingLineP8.va」和「ScalingLineP16.va」中的預設值

uint64_t noOfFractionalLUTs = parallelism == 8 ? 1 : 4; // 分數查找表的數量在 "ScalingLineP8.va" 中為 1，而在 "ScalingLineP16.va" 中為 4

int InputWidth; // 輸入影像的寬度

int OutputWidth; // 傳送至電腦的影像寬度

對於VisualApplets 設計中的「ScalingLineP16.va」，請將並行度參數設定為 16；而「ScalingLineP8.va」則設定為 8。 6 的「fractionalBits」數值是這兩個設計中的預設值。設計「ScalingLineP16.va」包含四個表（const int noOfFractionalLUTs = 4），其中載有用於插值的像素間位置（參見圖340）。設計「ScalingLineP8.va」則僅有一個表格（const int noOfFractionalLUTs = 1）。線條影像的縮放比例由 InputWidth 與 OutputWidth 之間的關係所決定。

2. Run the program!

3. 系統會建立以下檔案，這些檔案可載入至VisualApplets 設計中的查閱表中：

檔案	VA LUT
FractionalTable_0.txt 至 FractionalTable_3.txt	Fractional_Part0 (或「分數」以表示並行度為 8) 至 FractionalPart_3
PickerTable_0.txt 至 PickerTable_15.txt （或改為 PickerTable_7.txt)	PickComponent0 至 PickComponent15 （或至 PickComponent7)
TableWordsToRead.txt	WordsToRead
RemoveTable.txt	RemovePixel

表 25. Visual Applets 中的檔案及其對應的查閱表

此外，文字檔案 ScalingTable.txt 也會被建立。該檔案針對每個輸出影像像素，皆包含其在原始影像中的對應座標（另請參閱節）。

ScalingTableLine.m and LUTS_Scaling.m

請開啟模組「ScalingTableLine.m」，並定義相關參數

InputWidth=…;

OutputWidth=…;

1. 執行程式！

2. 建立文字檔 ScalingTableLine.txt。該檔針對每個輸出影像的像素，皆包含其在原始影像中的對應座標。

3. 請開啟模組「LUTS_Scaling.m」，並定義相關參數

並行性 = ...;

NoOfFractionalBits=...;

NoOfFractionalTables=...;

執行程式！所建立的檔案對應於表25中的檔案，這些檔案可載入至VisualApplets 設計中的查閱表中。

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