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数字图像处理（15）：图像平移

news 2025/4/28 10:13:11

（1）图像平移的基本原理：计算每个像素点的移动向量，并将这些像素按照指定的方向和距离进行移动。

（2）平移向量包括水平和垂直分量，可以表示为（dx，dy），其中dx表示水平方向上的移动距离，dy表示垂直方向上的移动距离。

（3）经过平移后，新图像中的每个像素点在原图像中都有对应的像素点。图像平移使用软件开发语言实现很容易，但在FGPA中实现需要考虑缓存。

（4）matlab实现代码：

% 读取图像
% imread函数用于读取图像文件，支持多种格式如BMP、PNG、JPG等
img = imread('1_1920x1080.bmp');% 获取图像尺寸信息
% size函数返回矩阵的维度，对于彩色图像返回[高度 宽度 通道数]
[rows, cols, channels] = size(img);% 创建仿射变换矩阵
% 这里创建的是一个2x3的变换矩阵，用于定义图像的变换方式
% [1 0 300;   - 第一行表示x方向的变换：x'= 1*x + 0*y + 300
%  0 1 200]    - 第二行表示y方向的变换：y'= 0*x + 1*y + 200
% 这个矩阵表示将图像向右平移300像素，向下平移200像素
M = single([1, 0, 300; 0, 1, 200]);% 执行仿射变换
% affine2d函数用于创建二维仿射变换对象
tform = affine2d(M');  % 注意MATLAB中需要转置变换矩阵
% imwarp函数执行图像变换
% OutputView选项指定输出图像的大小，这里保持与原图相同
res = imwarp(img, tform, 'OutputView', imref2d([rows cols]));% 保存变换后的图像
% imwrite函数将图像保存到文件
% 第一个参数是图像数据，第二个参数是文件名
imwrite(res, 'result.bmp');% 显示结果图像
% figure创建新的图形窗口
figure;
% subplot用于创建子图，这里创建1x2的子图布局
subplot(1,2,1);
imshow(img);  % 显示原图
title('原始图像');
subplot(1,2,2);
imshow(res);  % 显示变换后的图像
title('变换后的图像');

（5）FPGA仿真实现：

module move
(input   wire            clk         ,input   wire            reset_n     ,input   wire    [10:0]  img_width   ,input   wire    [10:0]  img_height  ,input   wire    [10:0]  img_x_start ,input   wire    [10:0]  img_y_start ,input   wire    [23:0]  img_data_i  ,output  wire            wr_ready    ,output  reg             valid_o     ,output  reg     [23:0]  img_data_o);reg [11:0]  h_cnt,v_cnt;always@(posedge clk or negedge reset_n)if(!reset_n)h_cnt <= 12'd0;else if(h_cnt == img_x_start + img_width - 1)h_cnt <= 12'd0;else h_cnt <= h_cnt + 12'd1;always@(posedge clk or negedge reset_n)if(!reset_n) v_cnt <= 12'd0;else if((v_cnt == img_y_start + img_height - 1) && (h_cnt == img_x_start + img_width - 1))v_cnt <= 12'd0;else if(h_cnt == img_x_start + img_width - 1)v_cnt <= v_cnt + 12'd1;else v_cnt <= v_cnt;assign wr_ready = (h_cnt >= img_x_start) && (v_cnt >= img_y_start);always@(posedge clk or negedge reset_n)if(!reset_n)valid_o <= 1'd0;else if((h_cnt < img_width) && (v_cnt < img_height))valid_o <= 1'd1;else valid_o <= 1'd0;always@(posedge clk or negedge reset_n)if(!reset_n)img_data_o <= 24'd0;else if((h_cnt < img_width) && (v_cnt < img_height) && (wr_ready))img_data_o <= img_data_i;else img_data_o <= 24'd0;endmodule

微调读写测试文件后，仿真出来的图像（与matlab仿真结果一致）：

（6）FPGA实现

查看配置进程：report_property -all [get_runs impl_1]

写入DDR3部分不需要修改，可以沿用，但是读取部分需要修改，首先是结束地址，需要适配新的y轴偏移量

axi_ddr3_top    axi_ddr3_top_inst
(.ddr3_clk            (clk_320M              ),.reset_n             (rst_n                 ),.pingpang            (1'd0                  ),.ui_clk              (ui_clk                ),.ui_rst              (ui_rst                ),.wr_b_addr           (32'd0                 ),.wr_e_addr           (IMG_LENGTH*IMG_WIDE*4 ),.wr_clk              (clk                   ),.data_wren           (data_wren             ),.data_wr             (data_wr               ),.wr_rst              (1'd0                  ),.rd_b_addr           (32'd0                 ),.rd_e_addr           (IMG_LENGTH*(IMG_WIDE-Y_OFFSET+1)*4 ),.rd_clk              (clk_vga_2             ),.data_rden           (lie >= Y_OFFSET       ),.data_rd             (data_rd               ),.rd_rst              (1'd0                  ),.read_enable         (1'd1                  ),.rd_data_valid       (),.ddr3_addr           (ddr3_addr             ),.ddr3_ba             (ddr3_ba               ),.ddr3_cas_n          (ddr3_cas_n            ),.ddr3_ck_n           (ddr3_ck_n             ),.ddr3_ck_p           (ddr3_ck_p             ),.ddr3_cke            (ddr3_cke              ),.ddr3_ras_n          (ddr3_ras_n            ),.ddr3_reset_n        (ddr3_reset_n          ),.ddr3_we_n           (ddr3_we_n             ),.ddr3_dq             (ddr3_dq               ),.ddr3_dqs_n          (ddr3_dqs_n            ),.ddr3_dqs_p          (ddr3_dqs_p            ),.init_calib_complete (init_calib_complete   ),.ddr3_cs_n           (ddr3_cs_n             ),.ddr3_dm             (ddr3_dm               ),.ddr3_odt            (ddr3_odt              )  
);

缓存行数据，使用一个24位，深度位2048的双口RAM去存储从DDR3中读出来的数据，然后在VGA模块扫描到对应位置时输出，即可。

hang_ram_2048  hang_ram_2048_inst 
(.clka       (clk_vga_2                  ), .ena        (1'd1                       ), .wea        (lie >= Y_OFFSET && reading ), .addra      (buf_wr_addr                ), .dina       (line_buffer                ), .clkb       (clk_vga                    ), .enb        (hang >= X_OFFSET           ), .addrb      (buf_rd_addr                ), .doutb      (ram_dout                   )  
);always @(posedge clk_vga_2 or negedge init_rst_n) beginif(!init_rst_n) beginlast_data_rd <= 16'd0;buf_wr_addr <= 11'd0;reading <= 1'b0;line_buffer <= 24'd0;endelse beginif(lie >= Y_OFFSET) beginif(!reading) begin  // 第一次读取last_data_rd <= data_rd;reading <= 1'b1;endelse begin  // 第二次读取line_buffer <= {last_data_rd, data_rd[15:8]};buf_wr_addr <= buf_wr_addr + 11'd1;reading <= 1'b0;endendelse beginbuf_wr_addr <= 11'd0;reading <= 1'd0;endend
end// 行缓存读取控制，在这里实现偏移
always @(posedge clk_vga or negedge init_rst_n) beginif(!init_rst_n) buf_rd_addr <= 11'd0;else beginif(display_valid)buf_rd_addr <= buf_rd_addr + 1'd1;else buf_rd_addr <= 11'd0;end
endassign display_valid = (hang >= X_OFFSET)&&(lie >= Y_OFFSET);