FPGA实现插值前置仿射变换的优化方法

"本文主要探讨了一种新的FPGA实现仿射变换的方法——插值前置的仿射变换。现有的FPGA实现通常基于反向映射原理，这种方法在处理实时视频时，由于四邻域像素的双线性插值操作，需要FPGA提供高额的存储器带宽，这限制了其性能和资源效率。为解决这个问题，作者提出了采用四角点映射的预插值技术，将插值计算提前到图像缓存阶段，避免了对存储器带宽的过度需求，从而实现了在保证数据吞吐率的同时降低存储资源消耗的目标。该方法在FPGA上的实现显示了其在性能和资源效率方面的优势。" 正文: 仿射变换在图像处理领域扮演着至关重要的角色，它能实现图像的旋转、缩放和平移等多种几何变换，广泛应用于图像融合、图像配准、图像矫正等场景。传统的FPGA实现方法，即反向映射法，会在缓存一帧图像后，通过四邻域像素的双线性插值来完成仿射变换。然而，这种方法的一个显著缺点是，双线性插值需要访问四个相邻像素，这会使得FPGA的存储器读写带宽需求增加四倍，这对资源有限的FPGA来说是一个挑战。 为了解决这一问题，文章提出了插值前置的仿射变换策略。该方法的核心是四角点映射，它将双线性插值的计算过程提前至缓存原始图像之前。通过这种方式，可以避免在FPGA运行过程中直接对存储器进行频繁的高带宽读写操作，从而有效地减轻了对存储资源的需求。 具体实施时，首先确定图像的四个角点，然后进行仿射变换计算，得到变换后的四个新角点。这些新角点作为参考，用于构建插值网格，进而计算出每个插值像素的位置。这样，插值计算在内存访问之前就已经完成，只在计算阶段需要较高的计算资源，而在存储阶段则无需额外的带宽支持。 实验结果显示，相比于基于反向映射的传统方法，插值前置的仿射变换FPGA实现方法在保持高数据吞吐率的同时，显著减少了存储资源的消耗。这不仅提高了系统的整体性能，还优化了资源利用，对于FPGA设计具有重要的实际意义。 本文提出的插值前置的仿射变换FPGA实现方法，通过创新的四角点映射技术，成功地解决了传统方法中因双线性插值带来的存储器带宽问题，为FPGA在实时图像处理中的应用提供了新的思路和优化方案。这种技术的应用将有助于提高图像处理系统的效率和资源利用率，对于未来FPGA在图像处理领域的应用有着深远的影响。