DE68925399T2

DE68925399T2 - Verfahren und Gerät zur Bildtransformation

Info

Publication number: DE68925399T2
Application number: DE68925399T
Authority: DE
Inventors: Naohiro C O Oki Electri Kimata; Ikuo C O Oki Electric In Oyake; Takayoshi C O Oki Elec Yoshida
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2009-09-15
Also published as: JPH0769958B2; JPH0282370A; EP0360155A2; US4975976A; EP0360155A3; DE68925399D1; EP0360155B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen von Bildtransformationen wie Vergrößerung, Verkleinerung und Rotation eines rechteckigen Bildes sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Derartige Bildtransformationen müssen haufig in Bereichen wie Computergraphik, rechnergestütztes Konstruieren bzw. CAD und Desktop-Publishing eingesetzt werden. Derartige Transformationen werden beispielsweise verwendet, um Buchstaben, Symbole und andere Bilder in beliebigen Größen und Ausrichtungen anzuzeigen. Diese Transformationen gehören mathematisch zur Klasse der affinen Transformationen und können in direkter Weise durch Matrixmultiplikation ausgeführt werden.
Matrixmultiplikation ist jedoch ein rechnerisch langsamer Prozeß, so daß es wünschenswert ist, die Transformationen durch ein schnelleres Verfahren auszuführen. Schnellere Verfahren können dadurch erreicht werden, daß wohlbekannte digitale differentielle Analysator-(DDA)-Algorithmen verwendet werden.
Der Stand der Technik, der die Anwendung von DDA-Algorithmen auf diese Transformationen betrifft, wurde beispielsweise in einem technischen Artikel des "Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan" (Band 83, Nr.195, EC83-34, 24. November 1983) beschrieben, der das Arbeitsverfahren des Bildprozessors MN861 4 erläutert.
Der in diesem Artikel offenbarte Stand der Technik wirkt auf ein Quellenbild ein, das ein rechteckiges Feld von Pixeln umfaßt, und erzeugt ein Zielbild, das ebenfalls ein Feld von Pixeln umfaßt. Der Stand der Technik kann wie folgt zusammengefaßt werden.
Für eine Verkleinerungstransformation wird ein DDA-Algorithmus eingesetzt, um eine horizontale oder vertikale Quellenzeile von M Pixeln auf eine horizontale oder vertikale Zielzeile abzubilden, wobei M> N. Die Abbildung ist somit Viele-Auf-Eines, wobei jedes Zielpixel einem oder mehreren Quellenpixeln entspricht. Wenn ein Zielpixel mehr als einem Quellenpixel entspricht, werden die Werte jener Pixel durch eine ODER-Logik kombiniert, um den Wert des Zielpixels zu erzeugen. Das Verkleinerungsverhältnis ist N/M.
Für eine Vergrößerungstransformation wird das gleiche Verfahren umgekehrt angewendet, wobei eine Eines-Auf-Viele-Abbildung des Quellenbildes auf das Zielbild erzeugt wird. Der Wert jedes Quellenpixels wird auf eines oder mehrere Zielpixel übertragen.
Für eine Rotation wird das Verkleinerungsverfahren zweimal auf eine horizontale Zeile von Quellenpixeln angewendet, um die x- und y-Koordinaten einer Zeile von Zielpixeln zu erzeugen. Die Verkleinerungsverhältnisse sind der Kosinus und der Sinus des Rotationswinkels.
Probleme entstehen jedoch dann, wenn dieses Verfahren verwendet wird, um gleichzeitig eine Rotation und Vergrößerung oder eine gleichzeitige Rotation und Verkleinerung auszuführen. Der Hauptgrund besteht darin, daß die Rotationstransformation keine kontinuierlichen horizontalen oder vertikalen Zeilen von Pixeln, die korrekt vergrößert oder verkleinert werden könnten, sondern schräge Linien erzeugt, die nicht für das Vergrößerungs- oder Verkleinerungsverfahren geeignet sind. Die sichtbaren Ergebnisse sind Bilddefekte wie beispielsweise Pixel- Aussetzfehler.
DISPLAYS, Band 3, Nr.4, Oktober 1982, Seiten 219-222, Guildford, Surrey, GB; J. B. HANSON et al.: "A method of rotating areas on a raster scan graphic display" zeigt ein Bildrotationsverfahren, bei dem jedes Pixel in dem Zielbildspeicher dadurch berechnet wird, daß der Quellenpunkt bestimmt wird, aus dem es erzeugt wurde. Es ist eine Vielzahl von Interpolationsverfahren gezeigt, die verwendet werden, um die Intensität des Zielpixels in Abhängigkeit von den auf das Quellenbild abgebildeten Nicht-Integer-Koordinaten des Zielpixels zu berechnen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Bildtransformationen ohne Erzeugung von Bildfehlern durchzuführen.
Ein affines Bildtransformationsverfahren transformiert ein durch Pixel in einem zweiachsigen Koordinatensystem gebildetes rechteckiges Quellenbild auf ein Zielbild, das durch auf Abtastzeilen angeordnete Pixel gebildet ist, durch Abbilden von Vertices des Quellenbildes auf Vertices des Zielbildes, dann Abbilden von auf Rändern des Zielbildes liegenden Enden von Abtastzeilen auf Ränder des Quellenbildes und durch Abbilden von Abtastzeilen in dem Zielbild auf das Quellenbild und Zuweisen der Werte von entsprechenden Pixeln in dem Quellenbild zu Pixeln auf den Abtastzeilen. Schließlich wird das Zielbild durch Abtasten längs der Abtastzeilen angezeigt.
Eine Bildtransformationsvorrichtung umfaßt einen Quellenbildspeicher zum Speichern eines Quellenbildes, einen Zielbildspeicher zum Speichern eines Zielbildes, eine affine Transformationseinrichtung zum Durchführen einer affinen Transformation auf Vertices des Quellenbildes, um Vertices des Zielbildes zu erzeugen, eine Randabbildungseinrichtung zum Abbilden von Pixeln, die auf Ränder des Zielbildes schneidenden Abtastzeilen liegen, auf Pixel, die auf Rändern des Quellenbildes liegen, eine Abtastzeilenabbildungseinrichtung zum Abbilden von Pixeln auf Abtastzeilen in dem Zielbild auf Pixel auf Zeilen in dem Quellenbild, eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der affinen Transformationseinrichtung, der Randabbildungseinrichtung und der Abtastzeilenabbildungseinrichtung und zum Übertragen von Werten von Pixeln von dem Quellenbildspeicher zu dem Zielbildspeicher gemäß den Angaben von der Abtastzeilenabbildungseinrichtung, einen Datenbus zum Verbinden des Quellenbildspeichers, des Zielbildspeichers und der Steuerungseinrichtung, und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von in dem Zielbildspeicher gespeicherten Bildern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein allgemeines Flußdiagramm eines neuen Bildtransformationsverfahrens.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Quellenbildbereichs.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Zielbildbereichs.
Fig. 4 ist ein ausführlicheres Flußdiagramm, das den ersten Schritt in Fig. 1 erläutert.
Fig. 5 ist ein ausführlicheres Flußdiagramm, das den zweiten Schritt in Fig. 1 erläutert.
Fig. 6 ist ein ausführlicheres Flußdiagramm, das den dritten Schritt in Fig. 1 erläutert.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer Bildtransformationsvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen

Nachstehend wird ein neues Bildtransformationsverfahren zum Transformieren eines rechteckigen Quellenbildes auf ein Zielbild beschrieben. Das Quellenbild ist durch Pixel in einem zweiachsigen Koordinatensystem gebildet, wobei die Pixel an Positionen mit ganzzahligen bzw. Integer-Koordinaten liegen. Die Pixel weisen
Werte auf, die beispielsweise verschiedene Farben oder Intensitätsgrade angeben. Die zwei Achsen werden als x-Achse und y-Achse bezeichnet. Das Quellenbild ist durch Pixel in einem ähnlichen zweiachsigen Koordinatensystem gebildet. Das Zielbild wird dadurch angezeigt, daß es längs Abtastzeilen abgetastet wird, auf denen die Pixel liegen. Die Abtastzeilen sind parallel zu der x-Achse und senkrecht zu der y-Achse des Zielkoordinatensystems ausgerichtet.
Die auszuführende Transformationen sind von Natur aus affin; d.h., sie transformieren parallele Linien auf parallele Linien. Vergrößerungen, Verkleinerungen und Rotationen sind Beispiele von affinen Transformationen. Andere Beispiele umfassen Spiegelungen, Verschiebungen bzw. Translationen, Schertransformationen und Produkttransformationen, die durch Kombinieren von beliebigen der vorstehend genannten Transformationen erzeugt werden.
Zunächst wird unter Bezug auf Fig. 1 eine allgemeine Beschreibung des Verfahrens angegeben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das Verfahren vier Schritte.
Der erste Schritt 1 ist ein Vertexabbildungsschritt zum Abbilden von Vertices des Quellenbildes auf das Zielkoordinatensystem, wo sie zu Vertices des Zielbildes werden. Dieser Schritt wird unter Bezug auf Fig. 4 nachstehend ausführlicher beschrieben.
Der zweite Schritt 2 ist ein Randabbildungsschritt zum Abbilden von Rändern des Zielbildes auf Ränder des Quellenbildes. Dieser Schritt wird unter Bezug auf Fig. 5 nachstehend ausführlicher beschrieben.
Der dritte Schritt 3 ist ein Abtastzeilenabbildungsschritt zum Abbilden von Abtastzeilen in dem Zielbild auf Zeilen in dem Quellenbild und zum Zuordnen der Werte entsprechender Pixel in dem Quellenbild zu Pixeln auf den Abtastzeilen. Dieser Schritt wird unter Bezug auf Schritt 6 nachstehend ausführlicher beschrieben.
Der vierte Schritt 4 ist ein Anzeigeschritt zum Anzeigen des Zielbildes dadurch, daß es längs der Abtastzeilen abgetastet wird und die abgetasteten Pixelwerte an eine Rasterausgabevorrichtung wie eine Kathodenstrahlröhrenanzeige geschickt werden. Anzeigeverfahren sind wohlbekannt, weshalb eine weitere Beschreibung dieses Schrittes unterlassen wird.
In den ersten drei Schritten bedeutet das Abbilden einer ersten Einheit auf eine zweite Einheit, daß eine Liste von Elementen der zweiten Einheit erstellt wird, die Elementen der ersten Einheit entsprechen. In dieser Erfindung sind die interessierenden Elemente durch x-y-Koordinaten definierte Pixel, und eine Abbildung kann als Verfahren charakterisiert werden, das eine Liste von Pixelkoordinaten in der zweiten Einheit erzeugt.
Ein Beispiel einer von den vorstehend genannten Schritten durchgeführten Transformation ist schematisch in der Fig. 2 und 3 gezeigt. Das Quellenbild ist in Fig. 2, das Zielbild in Fig. 3 gezeigt. In diesem Beispiel ist die Transformation das Produkt einer Rotation und einer Vergrößerung. Die Fig. 2 und 3 sind schematischer Art und zeigen nur die Grenzen der zwei Bilder und in jedem eine Zeile von Pixeln. Das durch die Pixelwerte dargestellte Bild selbst ist nicht gezeigt.
Der erste Schritt bildet die Vertices des Quellenbildes (A, B, C und D in Fig. 2) auf die Vertices des Zielbildes (A', B', C' und D' in Fig. 3) ab. D.h., es berechnet bei gegebenen Koordinaten der Punkte A, B, C und D die Koordinaten der Punkte A', B', C' und D'.
Der zweite Schritt bildet die Ränder des Zielbildes auf die Ränder des Quellenbildes ab. Er bildet beispielsweise das Pixel a&sub1; in Fig. 3 auf das Pixel c&sub1; in Fig. 2 und das Pixel an auf das Pixel cm ab. Die Abbildung von Vertexpixeln ist aus dem vorhergehenden Schritt bekannt; die Abbildung von anderen Randpixeln kann durch einen DDA-Algorithmus berechnet werden, wie nachstehend beschrieben wird. Für jeden Rand des Zielbildes wird vorzugsweise nur ein Pixel für jede Abtastzeile abgebildet, die den Rand schneidet, wobei dies das Pixel an dem Ende der Abtastzeile innerhalb des Zielbildes ist. Obwohl beispielsweise das Pixel a&sub1; auf das Pixel c&sub1; abgebildet wird, wird das Pixel a&sub2; in diesem Schritt nicht abgebildet.
Der dritte Schritt bildet auf einer Abtastzeile liegende Pixel wie a&sub1;, a&sub2;, ..., an in dem Zielbild auf eine Zeile von Pixeln wie c&sub1;, c&sub2;, ..., cm in dem Quellenbild ab. Die Abbildung der Endpixel a&sub1; und an ist bereits aus dem vorhergehenden Schritt bekannt; die Abbildung von dazwischenliegenden Pixeln kann durch einen DDA- Algorithmus berechnet werden, wie nachstehend beschrieben wird. Da die Transformation in diesem Beispiel eine Vergrößerung umfaßt, gibt es mehr Zielpixel als Quellenpixel, so daß die Abbildung Viele-Auf-Eines ist. Die Pixel a&sub2; und a&sub3; beispielsweise könnten beide auf das Pixel c&sub2; abgebildet werden.
Der dritte Schritt überträgt ebenfalls Pixelwerte, wobei die Übertragung in umgekehrter Richtung zur Abbildungsrichtung erfolgt. Der Wert des Pixels c&sub1; wird beispielsweise auf das Pixel a&sub1; übertragen, der Wert des Pixeis c&sub2; wird auf die Pixel a&sub2; und a&sub3; übertragen, und so weiter.
Ein Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin, daß jedes Pixel in dem Zielbild den Wert eines Pixels in dem Quellenbild empfängt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Werte von Pixeln auf Abtastzeilen in dem Zielbild auf natürliche, kontinuierliche Art und Weise von Pixelzeilen in dem Quellenbild abgeleitet werden. Dies vermeidet Bilddefekte wie Pixel-Aussetzfehler, die beim Stand der Technik auftraten.
Eine ausführlichere Beschreibung der ersten drei Schritte des neuen Verfahrens ist nachstehend unter Bezug auf die Fig. 4 bis 6 angegeben. Diese Zeichnungen und die zugehörige Beschreibung sind lediglich als beispielhaft und nicht beschränkend anzusehen.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das den Schritt 1 in Fig. 1 erläutert.
Im ersten Schritt 11 in Fig. 4 werden Parameter empfangen, die eine oder mehrere affine Transformationen beschreiben. Die Parameter können in Form von Matrixelementen vorliegen, die die Transformationen beschreiben.
In dem nächsten Schritt 12 werden die empfangenen Parameter kombiniert, um eine Produkttransformation zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch Multiplizieren der Matrix erfolgen, um eine Produktmatrix zu erhalten.
In dem nächsten Schritt 13 wird die Produkttransformation auf die Vertices des Quellenbildes angewendet. Die Koordinaten der Vertices des Quellenbildes werden beispielsweise mit der Produktmatrix multipliziert, wobei die Koordinaten der Vertices des Zielbildes berechnet werden. Verfahren zur Matrixmultiplikation sind wohlbekannt.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das Schritt 2 in Fig. 1 erläutert. Es erläutert genauer gesagt die Verwendung eines Typs von DDA-Algorithmus zum Durchführen des Schrittes 2 in Fig. 1.
Der erste Schritt 21 in Fig. 5 berechnet die Koordinaten der Enden der Abtastzeilen in dem Zielbild. Die Berechnung kann für jeden Rand des Zielbilds durch ein Verfahren der linearen Interpolation zwischen den durch den Rand verbundenen zwei Vertices durchgeführt werden. Die Details sind einem Fachmann klar.
Der nächste Schritt 22 berechnet einen Inkrementalwert. Diese Berechnung kann auch getrennt für jeden Rand des Zielbildes ausgeführt werden. Im einzelnen wird die Länge des entsprechenden Randes des Quellenbildes durch die Höhe des Randes des Zielbildes geteilt. Für den Rand A'B' in Fig. 3 beispielsweise wird die Länge H des entsprechenden Randes AB in Fig. 2 durch die Höhe YAB dividiert. Die relevante Formel ist:
INCR = H/YAB = H/(y'B - y'A + 1),
wobei Y'A die y-Koordinate von Vertex A', y'B die y-Koordinate von Vertex B' und INCR der Inkrementalwert ist. Es ist zu beachten, daß sich Höhe auf die Ausdehnung in der y-Richtung, senkrecht zu den Abtastzeilen, bezieht.
Der nächste Schritt 23 initialisiert eine Quellenkoordinate. Diese Berechnung kann auch einmal für jeden Rand des Zielbildes durchgeführt werden. Wenn der entsprechende Rand des Quellenbildes parallel zu der y-Achse liegt, wird die Quellenkoordinate zu der y-Koordinate eines Vertex jenes Randes plus der Hälfte des in dem vorhergehenden Schritt bestimmten Inkrementalwertes initialisiert. Der Rand A'B' in Fig. 3, der dem Rand AB in Fig. 2 entspricht, wird wiederum als Beispiel herangezogen:
Y&sub0; = 1 + (1/2)INCR
wobei Y&sub0; der Wert ist, auf den die Quellenkoordinate initialisiert ist, und 1 die y- Koordinate von Vertex A ist. Wenn der entsprechende Rand des Quellenbildes parallel zu der x-Achse ist, wird die x-Koordinate anstatt der y-Koordinate verwendet.
Der nächste Schritt 24 aktualisiert iterativ die Quellenkoordinate durch Addieren des Inkrementalwertes und erzeugt somit eine Reihe von Quellenkoordinaten Yq, wobei:
Yq = Yq-1 + INCR
Der nächste Schritt 25 bildet die Integer-Teile der aktualisierten Quellenkoordinaten. Unter Verwendung von Klammern zum Darstellen des Integer-Teils einer beliebigen Zahl kann dies geschrieben werden als:
Yq = Yq-1 + INCR
Der nächste Schritt 26 ergibt die Koordinaten von entsprechenden Pixeln auf den Rändern des Quellenbildes gemäß diesen Integer-Teilen. D.h., er ergänzt die Integer-Teile der in dem vorhergehenden Schritt erzeugten Quellenkoordinaten durch Liefern der anderen Koordinate, die für jeden Rand des Quellenbildes konstant ist. Für den Rand AB in Fig. 2 ist die andere Koordinate (x-Koordinate) 1, weshalb Pixel auf dem Rand A'B' des Zielbildes an den Enden der Abtastzeilen auf die Pixel (1, Yq) in dem Quellenbild abgebildet werden.
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das Schritt 3 in Fig. 1 erläutert. Dieses Flußdiagramm erläutert auch die Anwendung eines DDA-Algorithmus.
Der erste Schritt 31 in Fig. 6 wählt ein Anfangszielpixel auf einer Abtastzeile in dem Zielbild aus, wie beispielsweise das Pixel a&sub1; in Fig. 3.
Der nächste Schritt 32 berechnet ein Paar von Inkrementalwerten durch Dividieren der ausgerichteten Längen längs der x- und y-Achsen der entsprechenden Zeile in dem Quellenbild durch die Länge jener Abtastzeile in dem Zielbild. Die betrachtete Abtastzeile in Fig. 3 erstreckt sich von dem Pixel a&sub1; zu dem Pixel an, und ihre Länge ist durch den Buchstaben N bezeichnet. Die entsprechende Zeile in Fig. 2 erstreckt sich von dem Pixel c&sub1; zu dem Pixel cm, wobei diese zwei Pixel aus Schritt 2 in Fig. 1 bekannt sind. Die Länge dieser Zeile längs der x-Achse ist durch den Buchstaben U bezeichnet und in der positiven Richtung ausgerichtet, da das Pixel c&sub1; links von dem Pixel cm liegt. Seine Länge längs der y-Achse ist durch den Buchstaben V bezeichnet und in der negativen Richtung ausgerichtet, da das Pixel c&sub1; oberhalb des Pixels cm liegt. Das Paar von mit INCRX und INCRY bezeichneten Inkrementalwerten kann wie folgt berechnet werden:
INCRX = U/N = (xU-1 - x&sub0; + 1)/(x'N-1 - x'&sub0; +1)
INCRY = -V/N = -(y&sub0; - yv-1 + 1)/(x'N-1 - x'&sub0; + 1)
=(yV-1 -y0-1)/(x'N-1 - x'&sub0;+ 1)
wobei xU-1 und x&sub0; die x-Koordinaten der Pixel cm bzw. c&sub1; sind, x'N-1 und x'&sub0; die x- Koordinaten der Pixel an bzw. a&sub1; sind und YV-1 und Y&sub0; die y-Koordinaten der Pixel c&sub1; bzw. cm sind.
Der nächste Schritt 33 initialisiert ein Paar von Quellenkoordinaten durch Addieren des halben Wertes des im vorhergehenden Schritt gefundenen Paares von Inkrementalwerten zu Koordinaten eines Pixels an einem Ende der entsprechenden Zeile in dem Quellenbild. Ein weiterer Wert von Eins wird zu der y-Koordinate addiert. Mit den obigen x&sub0; und Y&sub0; kann ein Paar von Anfangsquellenkoordinaten X&sub0; und Y&sub0; wie folgt berechnet werden:
X&sub0; = + (1/2)INCRX
Y&sub0;= y&sub0;+ (1/2)INCRY+ 1
Der nächste Schritt 34 bildet die Integer-Teile des Paars von Quellenkoordinaten. Diese sind anfangs [X&sub0;] und [Y&sub0;].
Der nächste Schritt 35 weist dem Zielpixel den Wert des Pixels in dem Quellenbild bei der Stelle zu, die durch die Integer-Teile des Paars von Quellenkoordinaten spezifiziert sind. Anfangs sind [X&sub0;] und [Y&sub0;] gleich x&sub0; und y&sub0;, so daß der Wert des Pixeis c&sub1; dem Pixel a&sub1; zugewiesen wird.
Der nächste Schritt 36 entscheidet, ob das Zielpixel das letzte Pixel auf der Abtastzeile im Zielbild ist. Für die betrachtete Abtastzeile in Fig. 3 kann beispielsweise die x-Koordinate des Zielpixels mit der x-Koordinate des Pixels an verglichen werden, um diese Entscheidung zu treffen.
In dem nächsten Schritt 37 wird das Paar von Quellenkoordinaten durch Addieren des Paars von Inkrementalwerten aktualisiert, wenn das Zielpixel nicht das letzte Pixel auf der Abtastzeile ist. Die allgemeine Formal dafür ist:
Xq = Xq-1 + INCRX
Yq = Yq-1 + INCRY
Danach wird das nächste Zielpixel aq auf der Abtastzeile ausgewählt, und das Verfahren geht zu Schritt 34 zurück. Die Schritte 34 und 35 weisen nun dem Pixel aq den Wert des Pixels mit den Koordinaten [Xq] und [Yq] zu.
Das Verfahren von Schritt 34 bis 37 wird solange wiederholt, bis ein bestätigendes Ergebnis in Schritt 36 erhalten wird, wobei an diesem Punkt die Abbildung dieser Abtastzeile vollständig ausgeführt ist. Das gesamte Verfahren kann dann beginnend bei Schritt 31 für nachfolgende Abtastzeilen wiederholt werden, bis alle Abtastzeilen abgebildet sind, die das Zielbild schneiden.
Obwohl Fig. 1 zeigt, daß Schritt 3 nach Schritt 2 ausgeführt wird, ist aus der vorstehenden Diskussion klar, daß diese zwei Schritte bestimmte gemeinsame Teile aufweisen und parallel ausgeführt werden können. Beispielsweise können aufeinanderfolgende Abtastzeilen von oben nach unten in dem Zielbild ausgewählt werden. Für eine gegebene Abtastzeile können dann die zwei Pixel an den äußersten Rändern des Zielbildes auf dieser Abtastzeile und die entsprechenden zwei Pixel in dem Quellenbild wie in Fig. 5 beschrieben bestimmt werden, wonach das Verfahren in Fig. 6 ausgeführt werden kann, um die Pixel in dieser Abtastzeile auf das Quellenbild abzubilden und die entsprechenden Pixelwerte von dem Quellenbild zurück zu dem Zielbild zu übertragen. Dann kann das gleiche für die nächste Abtastzeile ausgeführt werden, wobei auf diese Weise weiter verfahren wird, bis das ganze Zielbild abgebildet worden ist.
Schließlich wird eine neue Bildtransformationsvorrichtung zum Durchführen des Bildtransformationsverfahrens der Erfindung unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Das erste Element dieser Bildtransformationsvorrichtung ist ein Quellenbildspeicher 41 zum Speichern des Quellenbildes. Der Quellenbildspeicher 41 kann beispielsweise eine Halbleiterspeichervorrichtung sein, bei der Pixelwerte unter Adressen gespeichert werden, die den x- und y-Koordinaten des Pixels entsprechen.
Das nächste Element ist ein Zielbildspeicher 42 zum Speichern des Zielbildes. Der Zielbildspeicher 42 kann eine getrennte Speichervorrichtung ähnlich dem Quellenbildspeicher 41 sein. Alternativ können sowohl der Quellenbildspeicher 41 als auch der Zielbildspeicher 42 Teile der gleichen physikalischen Speichervorrichtung sein. Der Zielbildspeicher 42 sollte vorzugsweise so strukturiert sein, daß die Werte von Pixeln auf einer Abtastzeile in dem Zielbild unter einer aufeinanderfolgenden Reihe von Adressen gespeichert sind.
Das nächste Element ist eine affine Transformationseinrichtung 43 zum Durchführen einer affinen Transformation auf Vertices des Quellenbildes, um Vertices des Zielbildes zu erzeugen. Die affine Transformationseinrichtung 43 kann beispielsweise eine arithmetische Spezialeinheit zum Ausführen einer Matrixmultiplikation umfassen, wie unter Bezug auf Fig. 4 diskutiert wurde.
Das nächste Element ist eine Randabbildungseinrichtung 44 zum Abbilden von auf Rändern des Zielbildes liegenden Pixeln auf Pixel, die auf Rändern des Quellenbildes liegen. Die Randabbildungseinrichtung 44 kann beispielsweise eine arithmetische Spezialeinheit zum Ausführen des in Fig. 5 beschriebenen DDA- Algorithmus umfassen.
Das nächste Element ist eine Abtastzeilenabbildungseinrichtung 45 zum Abbilden von auf Abtastzeilen in dem Zielbild liegenden Pixeln auf Pixel in dem Quellenbild. Die Abtastzeilenabbildungseinrichtung 45 kann beispielsweise eine arithmetische Spezialeinheit zum Ausführen des in Fig. 6 beschriebenen DDA-Algorithmus umfassen.
Das nächste Element ist eine Steuerungseinrichtung 46 zum Steuern der affinen Transformationseinrichtung 43, der Randabbildungseinrichtung 44 und der Abtastzeilenabbildungseinrichtung 45 und zum Übertragen von Werten von Pixeln von dem Quellenbildspeicher 41 zu dem Zielbildspeicher 42, wie es durch die Abtastzeilenabbildungseinrichtung 45 angegeben wird. Die Steuerungseinrichtung 46 kann beispielsweise einen Spezialprozessor umfassen, der ein wie in Fig. 1 strukturiertes Mikroprogramm ausführt.
Das nächste Element ist ein Datenbus 47 zum Verbinden des Quellenbildspeichers 41, des Zielbildspeichers 42 und der Steuerungseinrichtung 46. Der Datenbus 47 ermöglicht es, daß die Steuerungseinrichtung 46 Pixeldaten unter spezifizierten Adressen in dem Quellenbildspeicher 41 und dem Zielbildspeicher 42 lesen und dorthin schreiben kann.
Das nächste Element ist eine Anzeigeeinrichtung 48 zum Anzeigen von Bildern, die in dem Zielbildspeicher 42 gespeichert sind. Die Anzeigeeinrichtung 48 kann beispielsweise eine Schnittstellen- bzw. Interface-Schaltung zum Lesen von Pixeldaten aus dem Zielbildspeicher 42 in Abtastzeilenreihenfolge und zum Umwandeln der Pixeldaten in ein Video- bzw. Bildsignal sowie eine Kathodenstrahlröhrenanzeige zum Empfangen des Videosignals und Anzeigen eines Bildes durch Rasterabtastung umfassen.
Eine ausführliche Beschreibung des Betriebs der Bildtransformationsvorrichtung in Fig. 7 wird nicht gegeben, da diese bereits durch die Fig. 4 bis 6 abgedeckt ist. Es wird jedoch eine kurze Beschreibung des Betriebs der Steuerungseinrichtung 46 angegeben.
Die Steuerungseinrichtung leitet das Bildtransformationsverfahren ein, wenn sie die Koordinaten der Vertices des Quellenbildes und einen Steuerbefehl empfängt, der die durchzuführende(n) Transformation(en) spezifiziert. Diese Koordinaten und der Befehl können von einer externen Vorrichtung wie einem in der Zeichnung nicht gezeigten Computer empfangen werden.
Die Steuerungseinrichtung 46 ist mit der affinen Transformationseinrichtung 43 gekoppelt, mit der sie Informationen austauscht. Die Steuerungseinrichtung 46 sendet der affinen Transformationseinrichtung 43 beispielsweise die Koeffizienten einer Reihe von einer oder mehreren affinen Transformationsmatrizen zu und veranlaßt, daß die affine Transformationseinrichtung 43 diese Matrizen multipliziert, um eine Produktmatrix herzustellen; dann schickt die Steuerungseinrichtung 46 der affinen Transformationseinrichtung 43 die Vertexkoordinaten des Quellenbildes, veranlaßt die affine Transformationseinrichtung 43, diese mit der Produktmatrix zu multiplizieren, und empfängt die Ergebnisse, die sie als Koordinaten der Vertices des Zielbildes in einem in der Zeichnung nicht gezeigten Arbeitsspeicher speichert.
Die Steuerungseinrichtung 46 ist außerdem mit der Randabbildungseinrichtung 44 gekoppelt, an die sie beispielsweise die Koordinaten der Vertices der Quellen- und Zielbilder liefert und von der sie beispielsweise eine Liste von Koordinaten von auf Rändern des Zielbildes liegenden Pixeln und von Koordinaten von entsprechenden auf Rändern des Quellenbildes liegenden Pixeln empfängt.
Die Steuerungseinrichtung 46 ist des weiteren mit der Abtastzeilenabbildungseinrichtung 45 gekoppelt, an die sie beispielsweise die Koordinaten von Pixeln an den Enden einer Abtastzeile auf dem Zielbild liefert und von der sie beispielsweise eine Liste von Koordinaten von Pixeln in dem Quellenbild empfängt, die aufeinanderfolgenden Pixeln auf der Abtastzeile in dem Zielbild entsprechen. Die Steuerungseinrichtung 46 wandelt dann die empfangenen Koordinaten in Adressen um, greift bei diesen Adressen auf den Quellenbildspeicher 41 zu, liest Pixelwerte daraus und schreibt diese Werte unter aufeinanderfolgenden Adressen in den Zielbildspeicher 42.
Der Rahmen dieser Erfindung ist nicht durch die in den Fig. 4 bis 6 gezeigten speziellen Verfahren beschränkt, sondern umfaßt viele einem Fachmann klare Abwandlungen dieser Verfahren. Außerdem müssen die affinen Transformationseinrichtung, die Randabbildungseinrichtung, die Abtastzeilenabbildungseinrichtung und die Steuerungseinrichtung in Fig. 7 nicht unbedingt arithmetische Spezialeinheiten und Prozessoreinheiten umfassen, sondern können auch Software einschließlich auf einem Vielzweckcomputer ausgeführter Programme sein, und die Anzeigeeinrichtung kann einen beliebigen Typ von Rasterausgabevorrichtung umfassen, wie beispielsweise einen Laserdrucker anstatt eine Kathodenstrahlröhrenanzeige. Schließlich ist diese Erfindung auf jede beliebige Art von affiner Bildtransformation anwendbar, obwohl die Fig. 2 und 3 nur eine Rotation, gefolgt von einer Vergrößerung erläutern.

Claims

1. Affines Bildtransformationsverfahren zum Transformieren eines durch Pixel in einem zweiachsigen Koordinatensystem gebildeten rechteckigen Quellenbildes auf ein Zielbild, das durch auf Abtastzeilen angeordnete Pixel gebildet ist, das folgende Schritte umfaßt:

(a) Abbilden von Vertices des Quellenbildes auf Vertices des Zielbildes;

(b) Abbilden von auf Rändern des Zielbildes liegenden Enden von Abtastzeilen auf Ränder des Quellenbildes;

(c) Abbilden von Abtastzeilen in dem Zielbild auf das Quellenbild und Zuweisen der Werte von entsprechenden Pixeln in dem Quellenbild zu Pixeln auf den Abtastzeilen; und

(d) Anzeigen des Zielbildes durch Abtasten längs der Abtastzeilen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dessen Schritt (b) für jeden Rand des Zielbildes ein Pixel für jede sich mit dem Rand schneidende Abtastzeile auf das Quellenbild abgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Schritt (b) folgende Schritte umfaßt:

(b1) Berechnen von Koordinaten der Enden von jeweiligen Abtastzeilen auf dem Zielbild;

(b2) Bestimmen eines Inkrementalwertes;

(b3) Initialisieren einer Quellenkoordinate;

(b4) Iteratives Aktualisieren der Quellenkoordinate durch Addieren des Inkrementalwertes;

(b5) Bilden des Integer-Teils der jeweiligen aktualisierten Quellenkoordinaten; und

(b6) Bestimmen der Koordinaten von entsprechenden Pixeln auf den Rändern des Quellenbildes gemäß den Integer-Teilen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Inkrementalwert durch Dividieren der Länge eines entsprechenden Randes des Quellenbildes durch die Höhe eines Randes des Zielbildes bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Quellenkoordinate auf eine Koordinate eines Vertex des Quellenbildes plus der Hälfte des Inkrementalwertes initialisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (c) folgende Schritte umfaßt:

(c1) Wählen eines Anfangszielpixels auf einer Abtastzeile in dem Zielbild;

(c2) Berechnen eines Paars von Inkrementalwerten;

(c3) Initialisieren eines Paars von Quellenkoordinaten;

(c4) Bilden des Integer-Teils des Paars von Quellenkoordinaten;

(c5) Zuweisen des Wertes eines Pixels, das in dem Quellenbild an einer Stelle liegt, die durch die Integer-Teile des Paars von Quellenkoordinaten spezifiziert ist, zu dern Zielpixel;

(c6) Entscheiden, ob das Zielpixel das letzte Pixel auf der Abtastzeile in dem Zielbild ist; und

(c7) wenn das Zielpixel nicht das letzte Pixel auf der Abtastzeile in dem Zielbild ist: Aktualisieren des Paars von Quellenkoordinaten durch Hinzuaddieren des Paars von Inkrementalwerten, Wählen des nächsten Zielpixels auf der Abtastzeile und Zurückgehen zu Schritt (c4).

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Paar von Inkrementalwerten durch Dividieren der ausgerichteten Längen längs jeweiliger Achsen einer entsprechenden Zeile in dem Quellenbild durch die Länge der Abtastzeile in dem Zielbild berechnet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Paar von Quellenkoordinaten durch Addieren der halben Werte des Paars von Inkrementalwerten zu Koordinaten eines Pixeis an einem Ende der entsprechenden Zeile in dem Quellenbild initialisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein weiterer Wert von Eins zu dem Anfangswert einer der Quellenkoordinaten addiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (a) folgende Schritte umfaßt:

(a1) Empfangen von Parametern, die eine oder oder mehrere affine Transformationen beschreiben;

(a2) Kombinieren der Parameter, um eine Produkttransformation zu erzeugen; und

(a3) Anwenden der Produkttransformation auf die Vertices des Quellenbildes.

11. Bildtransformationsvorrichtung zum Transformieren eines durch Pixel in einem zweiachsigen Koordinatensystem gebildeten rechteckigen Quellenbildes auf ein Zielbild, das durch auf Abtastzeilen angeordnete Pixel gebildet ist, die umfaßt:

einen Quellenbildspeicher zum Speichern des Quellenbildes;

einen Zielbildspeicher zum Speichern des Zielbildes;

eine affine Transformationseinrichtung zum Durchführen einer affinen Transformation auf Vertices des Quellenbildes, um Vertices des Zielbildes zu erzeugen;

eine Randabbildungseinrichtung zum Abbilden von Pixeln, die auf Ränder des Zielbildes schneidenden Abtastzeilen liegen, auf Pixel, die auf Rändern des Quellenbildes liegen;

eine Abtastzeilenabbildungseinrichtung zum Abbilden von Pixeln auf Abtastzeilen in dem Zielbild auf Pixel in dem Quellenbild;

eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der affinen Transformationseinrichtung, der Randabbildungseinrichtung und der Abtastzeilenabbildungseinrichtung und zum Übertragen von Werten von Pixeln von dem Quellenbildspeicher zu dem Zielbildspeicher gemäß den Angaben von der Abtastzeilenabbildungseinrichtung;

einen Datenbus zum Verbinden des Quellenbildspeichers, des Zielbildspeichers und der Steuerungseinrichtung; und

eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von in dem Zielbildspeicher gespeicherten Bildern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Randabbildungseinrichtung für jeden Rand des Zielbildes ein Pixel für jede Abtastzeile abbildet, die den Rand des Zielbildes schneidet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Randabbildungseinrichtung eine Quellenkoordinate und einen Inkrementalwert von der Steuerung empfängt, die Quellenkoordinate iterativ durch Addieren des Inkrementalwertes aktualisiert und die Koordinaten von Pixeln auf den Rändern des Queltenbildes durch Bilden des Integer-Teils von jeweiligen aktualisierten Queltenkoordinaten berechnet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Steuerung den Inkrementalwert durch Dividieren der Länge eines entsprechenden Randes des Quellenbildes durch die Höhe eines Randes des Zielbildes berechnet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Steuerung die Quellenkoordinate durch Addieren der Hälfte des Inkrementalwertes zu einer Koordinate eines Vertex des Quellenbildes berechnet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Abtastzeilenabbildungseinrichtung ein Paar von Inkrementalwerten und ein Paar von Quellenkoordinaten von der Steuerung empfängt, das Paar von Quellenkoordinaten durch Addieren des Paars von Inkrementalwerten iterativ aktualisiert und die Koordinaten von Pixeln in dem Quellenbild durch Bilden der Integer-Teile des jeweiligen aktualisierten Paars von Quellenkoordinaten berechnet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Steuerung das Paar von Inkrementalwerten durch Dividieren der Längen längs jeweilger Achsen einer entsprechenden Zeile in dern Quellenbild durch die Länge einer Abtastzeile in dem Zielbild berechnet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Steuerung das Paar von Quellenkoordinaten durch Addieren der Hälfte der Werte des Paars von Inkrementalwerten zu den Koordinaten eines Pixels an einem Ende der entsprechenden Zeile in dem Quellenbild berechnet.

19.Vorrichtung nach Anspruch 18, bei dem die Steuerung einen weiteren Wert von Eins zum Wert einer der Quellenkoordinaten addiert.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die affine Transformationseinrichtung eine Matrixmultiplikation durchführt, um eine Produkttransformation zu berechnen und diese Produkttransformation auf die Vertices des Quellenbildes anzuwenden.