本發(fā)明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種基于fpga的相機圖像畸變校正方法。

背景技術：

1、相機是計算機視覺領域中的重要傳感器，但相機所拍攝到的圖像或多或少會存在圖像畸變，如桶形畸變、枕形畸變。產生此類圖像畸變直接原因是鏡頭的邊緣部分與中心部分的放大倍率不一樣，屬于光學透鏡的固有特性。這種畸變造成相機拍攝出的圖像中只有通過中心區(qū)域的圖像可以保持平直，其他部分的圖像會變得彎曲，且越遠離圖像中心形變程度越大。因此，在進行圖像檢測/識別之前，需要消除圖像畸變帶來的不良影響。

2、現有的圖像畸變校正技術方案大多采用向后映射或向前映射兩種實現方式，其中，向后映射是將校正圖像整數坐標映射到畸變圖像中，通過映射點周圍的像素來插值得到相應的新像素。在向后映射的實現過程中，需要緩存一定大小的圖像數據，緩存圖像的大小與圖像畸變程度、圖像分辨率成正比，且隨著相機分辨率越來越高、圖像畸變程度越來越大，這就會導致對相機中對硬件存儲資源的需求也越來越大。

3、以fpga芯片為例，由于一般器件在其他邏輯設計/處理時同樣需要一定的存儲資源，不可能將大部分存儲資源用于圖像緩存；即使其他邏輯占用存儲資源相對較少，用fpga芯片中大量存儲資源來做圖像緩存也會造成資源浪費，并增加布局布線難度。所以大多設計方案會采用外掛sdram(同步動態(tài)隨機存儲器)或使用ddr(雙倍速率同步動態(tài)隨機存儲器)來做圖像緩存，但由于外掛存儲器的方式在進行圖像畸變校正時需要實時訪問，這樣又引入了頻繁訪問總線過程帶來的時延問題和ddr帶寬占用問題，進而造成了fpga芯片處理幀率的下降以及與其共用ddr的soc處理速度的下降。

4、因此，對于如何解決fpga硬件實現圖像畸變校正時，特別是對于大畸變、大分辨率圖像，向后映射方式占用fpga芯片大量存儲資源的問題，以及使用ddr或sdram等外掛存儲器做圖像緩存時帶來的時延和帶寬利用率不高的問題，是本領域技術人員亟需解決的。

技術實現思路

1、本技術所要解決的技術問題是：如何解決fpga硬件實現圖像畸變校正時，特別是對于大畸變、大分辨率圖像，向后映射方式占用fpga芯片大量存儲資源的問題，以及使用ddr或sdram等外掛存儲器做圖像緩存時帶來的時延和帶寬利用率不高的問題。

2、為了解決上述技術問題，本技術提出一種基于fpga的相機圖像畸變校正方法，所述校正方法包括：

3、步驟1、對接收到的原始畸變圖像進行幀緩存，并讀取預設二次擬合曲線系數，從ddr中的系數緩存區(qū)將校正坐標對應的預設二次擬合系數讀取到fpga本地；

4、步驟2、根據預設二次擬合曲線系數以及預設fpga本地行緩存容量，通過坐標計算的方式，確定分塊區(qū)域；

5、任一組預設二次擬合曲線系數對應于校正圖像中的一行像素點，步驟2，具體包括：

6、步驟2.1、根據任一組預設二次擬合曲線系數，構建對應的校正坐標計算方程；

7、步驟2.2、根據校正坐標計算方程以及預設fpga本地行緩存容量，通過坐標計算的方式，依次確定各組預設二次擬合曲線系數對應的第一分塊區(qū)域的第一起始點和最大分塊位置；

8、步驟2.3、選取各最大分塊位置中列坐標的最小值，并將相應的最大分塊位置作為第一分塊區(qū)域的第一終止點，并根據第一起始點和第一終止點，確定第一分塊區(qū)域；

9、步驟2.4、根據第一終止點以及對應的校正坐標計算方程，確定第二分塊區(qū)域的第二起始點，重復執(zhí)行步驟2.2，依次確定原始畸變圖像的各個分塊區(qū)域；

10、其中，第一起始點由預設二次擬合曲線系數中的常數項系數確定；

11、步驟3、根據分塊區(qū)域，逐行確定原始畸變圖像中的回讀區(qū)域；

12、步驟4、根據回讀區(qū)域，從ddr回讀原始畸變圖像并緩存到本地，對原始畸變圖像進行回讀，記作回讀圖像，并讀取回讀圖像中校正坐標周圍像素點的像素值；其中，校正坐標由預設二次擬合曲線系數確定；

13、步驟5、根據回讀圖像中校正坐標周圍像素點的像素值，從回讀圖像中讀取出的校正坐標對應的四個待讀取像素點的像素值，采用插值的方式，確定待校正點的像素值，并根據待校正點的像素值，生成校正圖像。

14、在上述任一項技術方案中，步驟2.2還包括：對第一起始點向上取整；

15、根據預設fpga本地行緩存容量，將取整后的第一起始點的行坐標向上或向下移動；根據移動后的行坐標，利用對應的校正坐標計算方程，計算對應的列坐標；對計算出的列坐標向上取整，根據移動后的行坐標和取整后的列坐標，確定最大分塊位置。

16、在上述任一項技術方案中，根據預設fpga本地行緩存容量，將取整后的第一起始點的行坐標向上或向下移動，具體包括：

17、根據校正坐標計算方程，獲取第一起始點后預設數量個校正坐標；根據預設數量個校正坐標的行坐標變化趨勢，確定行坐標移動方向；根據預設fpga本地行緩存容量以及行坐標移動方向，移動取整后的第一起始點的行坐標。

18、在上述任一項技術方案中，步驟2.4，根據第一終止點以及對應的校正坐標計算方程，確定第二分塊區(qū)域的第二起始點，具體包括：

19、利用坐標計算的方式，根據校正坐標計算方程，判斷第一終止點的列坐標是否對應于校正坐標的列坐標，若是，則將校正坐標對應的像素點作為第二分塊區(qū)域的第二起始點，若否，則將第一分塊區(qū)域中包含的最后一個校正坐標對應的像素點作為第二分塊區(qū)域的第二起始點。

20、在上述任一項技術方案中，步驟2.2還包括：統(tǒng)計第一分塊區(qū)域中第一起始點至最大分塊位置之間包含的校正坐標的個數；判斷個數是否小于或等于預設本地坐標緩存容量，若是，執(zhí)行步驟2.3，若否，根據預設本地坐標緩存容量，選取最后一個校正坐標更新最大分塊位置，執(zhí)行步驟2.3。

21、在上述任一項技術方案中，預設二次擬合曲線系數包括x軸擬合系數、y軸擬合系數，x軸擬合系數由原始畸變圖像中相應校正坐標的橫軸坐標擬合確定，y軸擬合系數由原始畸變圖像中相應校正坐標的縱軸坐標擬合確定，

22、校正坐標計算方程的計算公式為：

23、

24、式中，fx(z)是第z個待校正點對應于原始畸變圖像中校正坐標的行坐標計算值，ax、bx、cx分別是x軸擬合系數中的二次項系數、一次項系數、常數項系數，fy(z)是第z個待校正點對應于原始畸變圖像中校正坐標的列坐標，ay、by、cy分別是y軸擬合系數中的二次項系數、一次項系數、常數項系數，z為待校正點的編號，z＝0,1,2,...,n，n為設定的待校正點的個數。

25、在上述任一項技術方案中，步驟4中，讀取回讀圖像中校正坐標周圍像素點的像素值，具體包括：對當前待校正點對應于回讀圖像中的校正坐標進行向下取整；根據取整后的校正坐標，確定其左上角的像素點為第一個待讀取像素點，并以第一個待讀取像素點為起始點，按順時針方向，選取第一個待讀取像素點相鄰的其余三個坐標點，作為第二至第四個待讀取像素點；從回讀圖像中讀取四個待讀取像素點的像素值。

26、與現有技術相比，本技術具有的有益效果如下：

27、1、本技術所提供的一種基于fpga的相機圖像畸變校正方法，引入將畸變圖像的回讀以分塊的方式從硬件存儲中回讀到本地并緩存的方法，根據預設二次擬合曲線系數以及預設fpga本地行緩存容量，通過坐標計算的方式，確定畸變圖像需要回讀的區(qū)域，根據回讀區(qū)域，讀取回讀圖像中校正坐標周圍像素點的像素值，并確定待校正點的像素值，以此生成校正圖像；通過將畸變圖像以分塊的方式從硬件存儲中回讀到fpga本地并緩存，每塊圖像只緩存少數幾行，解決了對fpga本地大量存儲資源的需求問題，即使在大畸變、大分辨率的要求下，也盡可能地減少了實現畸變校正功能對fpga本地存儲資源占用，提高了fpga資源利用率。

28、2、本技術所提供的一種基于fpga的相機圖像畸變校正方法，在利用硬件存儲緩存整幀圖像的基礎上，回讀部分圖像到fpga本地存儲并用于校正運算，從而避免了直接操作存儲器本身帶來的時延問題，且整個過程使用流水線處理方式，大大提高了處理速度，畸變校正的處理幀率得到了大幅度提升。

29、3、本技術所提供的一種基于fpga的相機圖像畸變校正方法，相比于傳統(tǒng)方案中直接操作ddr時每處理一個點就需要訪問ddr一次或多次，回讀的數據量較大，頻繁的總線操作占用較多ddr帶寬，導致的操作系統(tǒng)處理速度的下降的問題，本技術中對畸變圖像的回讀以分塊形式處理，每塊回讀圖像數據量最多為本地所緩存行數，一般情況下只需要回讀當前行與上一行在當前塊內的行差的數據量，大大減少了實現畸變校正功能對ddr帶寬的占用，保證了ddr的使用效率。

30、上述說明僅是本技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術的技術手段，從而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本技術的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下以本技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

31、根據下文結合附圖對本技術具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本技術的上述及其他目的、優(yōu)點和特征。