基于三维查找表实现数据点实时映射处理的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于三维查找表实现数据点实时映射处理的系统及方法，属于图像数据处理技术领域。本发明专利技术的系统首先确定输入点所属的四面体四个顶点的坐标，而后三维至一维地址映射模块确定四个一维查找表与四面体顶点的对应关系，四个一维查找表模块分别根据各自获得的一维地址从内部存储空间内取出该地址指定位置的数据；最后四面体内插模块计算输出的内插值，实现图像数据点实时映射处理。本发明专利技术的该系统及方法在具有同等容量的一维查找表模块的条件下，误差率更低，性能更佳，而在相同误差率的条件下，所需的一维查找表模块容量更小，硬件要求更低，复杂度较小，同时具有更高吞吐率，且实现方式简便，成本低廉，应用范围较为广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据处理
，特别涉及基于查找表的数据处理
，具体是指一种。
技术介绍
在利用嵌入式系统进行图像或其它数据处理的
中，查找表经常称为LUT(look-up table)，它们将索引号与输出值建立联系。颜色表作为一种普通的LUT是用来确定特定图像所要显示的颜色和强度。LUT通常采用一个RAM。该RM将数据事先写入RAM后，每当输入一个信号就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出相应的像素颜色和强度。 三维查找表(3D LUT)可以实现一切三维空间中的线性或者非线性映射处理，由于其高度的灵活性与高精度多功能的特点，在高端图像处理硬件中得到了广泛应用。然而在实际应用，尤其是实时处理装置中，受制于硬件复杂度，在三维查找表中为输入空间中的每一个点存储映射值通常是做不到的。因此，通常的做法是将输入空间划分为多个子空间，并在每个子空间中应用内插方法，由少量的数据点计算出各个采样点的映射值。但这显然是一个近似的实现方式，与每一个输入采样都存储映射值的做法存在误差。所以各类3D LUT的性能由其误差表述，误差越低则性能越好，反之则越差。D. Han公开了一种用于增强数字电视显示质量的实时全色域匹配方法(Real-TimeColor Gamut Mapping Method for Digital TV Display Quality Enhancement. IEEETransactions on Consumer Electronics, MAY2OO4, Vol. 5O, No. 2P691_6")。其中提出了一种实时实现3D LUT的方案，其子空间为正方体，LUT中存储正方体的格点数据，而内部采样点映射值通过三线性内插计算。如图I所示，点X的映射值由其所在的小立方体ABCDEFGH通过三线性内插获得。此方案可以在嵌入式系统允许的复杂度下实现满足高吞吐率的实时三维查找表，缺点是受限于硬件复杂度，只能采用较大的划分，该方法中使用了 9X9X9的格点，将输入空间分为512块，而这一精度在色彩校正等需要精细调整的场合下显得不足。如果采用17 X 17 X 17的格点则查找表多达4913项，按每项24bit算需要多达14739Byte的LUT0而且三线性内插需要每周期读取8个数据，这意味着每一个点对应于8次RAM访问。在每周期一点的设计下，该方法需要采用8个一维LUT实现，对功耗与后端布局都有不利影响。张明勇、彭毅和邪庭文(基于四输入一维查找表的四面体插值方法，中国科技信息2007Vol. 18p342-344)对上述方法进行了改进，通过对立方体子空间的进一步分割，使用了如图2所示的，称为对角线内插的四面体内插技术取代三线性内插。这使得对于LUT的每周期访问数从8降低到了 4，从而允许使用4个一维LUT实现三线性内插。这使得硬件实现的复杂度降低，并同时降低了功耗。但是，尽管特定方向的对角线内插具有平均而言好的性能表现，然而受到硬件架构的限制，该方法的实施方案只能实现4方向的对角线内插的混合，这影响了其误差性能表现，所以最终只能获得与三线性内插相当的性能。James M. Kasson (Tetrahedral interpolation algorithm accuracy, SPIEVol. 2170，p24-35)，则讨论了多种三维内插算法，并对其误差进行了分析。结果表明在LUT容量相同的前提下，将空间分割为正方双榍体的内插效果相比立方体分割上的三线性内插的误差性能存在明显优势，这是由于正方双榍体分割更为接近单形。这表示可以通过使用正方双榍体内插取代立方体，在同LUT容量的前提下提升误差性能，或者在缩小LUT容量的情况下保持误差性能不显著损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种在同等容量的LUT条件下，误差率更低，性能更佳，而在相同误差率的条件 下，所需的LUT容量更小，硬件要求更低，复杂度较小，同时具有更高吞吐率，实现方式简便，成本低廉，应用范围广泛的。为了实现上述的目的，本专利技术的基于三维查找表实现数据点实时映射处理的系统具有如下构成该系统包括体心立方映射模块、局部坐标生成模块、四面体顶点生成模块、三维至一维地址映射模块、四个一维查找表模块及四面体内插模块。其中，体心立方映射模块用以接收输入点的三维坐标，利用所述的三维坐标计算输入点所属体心立方晶胞，并获得该体心立方晶胞的中心坐标；局部坐标生成模块用以接收输入点的三维坐标，并从所述的体心立方映射模块的体心立方晶胞中心坐标，计算所述的输入点与体心立方晶胞中心在三个维度上的距离，并以此确定局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并将所述的输入点的三维坐标转换至该局部坐标上生成局部坐标；四面体顶点生成模块用以从所述的局部坐标生成模块获取所述的局部坐标和局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并从所述的体心立方映射模块获得体心立方晶胞中心坐标，根据体心立方晶胞中心坐标判断是否出现超出输入信号空间范围的顶点，以决定采用正方双榍体内插或半个正方双榍体内插，并计算四面体的四个顶点在输入坐标系中的坐标；三维至一维地址映射模块用以从所述的四面体顶点生成模块获得所述的四面体四个顶点的坐标，按照指定的映射方式计算四个一维查找表与四面体顶点的对应关系，并将四个顶点的三维坐标映射至四个一维查找表的一维地址上；四个一维查找表模块每个一维查找表模块用以从所述的三维至一维地址映射模块获得一个对应的一维地址，从内部存储空间内取出这一地址所指定位置的数据；四面体内插模块用以从所述的三维至一维地址映射模块获取四个一维查找表以及四面体顶点对应关系，从所述的体心立方映射模块获取所述的体心立方晶胞中心坐标，从所述的局部坐标生成模块获取所述的局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并从所述的四个一维查找表分别获取所述的数据，计算所述的四个一维查找表数据的权重，并利用该权重与所述的四个一维查找表的数据计算输出的内插值。本专利技术还提供基于所述的系统实现基于三维查找表进行数据点实时映射处理的方法，该方法包括以下步骤(I)所述的体心立方映射模块根据接收到的输入点的三维坐标计算输入点所属体心立方晶胞的中心坐标，并将该体心立方晶胞的中心坐标发送至所述的局部坐标生成模块、四面体顶点生成模块和四面体内插模块；(2)所述的局部坐标生成模块根据所述的输入点的三维坐标和体心立方晶胞的中心坐标确定局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，将所述的输入点的三维坐标转换至该局部坐标上生成局部坐标，而后将所述的局部坐标和局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向发送至所述的四面体顶点生成模块；(3)所述的四面体顶点生成模块决定四面体内插所采用的四面体形状，并计算四面体的四个顶点在输入坐标系中的坐标，将该四面体四个顶点的坐标发送至所述的三维至一维地址映射模块；(4)所述的三维至一维地址映射模块确定四个一维查找表与四面体顶点的对应关系，将四个顶点的三维坐标映射至四个一维查找表的一维地址上，并将所获得的四个一维 坐标分别发送至所述的四个一维查找表模块中对应的一维查找表模块中，将所述的四个一维查找表与四面体顶点的对应关系发送至所述的四面体内插模块；(5)所述的四个一维查找表模块根据各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维查找表实现数据点实时映射处理的系统，其特征在于，所述的系统包括：体心立方映射模块，用以接收输入点的三维坐标，利用所述的三维坐标计算输入点所属体心立方晶胞，并获得该体心立方晶胞的中心坐标；局部坐标生成模块，用以接收输入点的三维坐标，并从所述的体心立方映射模块的体心立方晶胞中心坐标，计算所述的输入点与体心立方晶胞中心在三个维度上的距离，并以此确定局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并将所述的输入点的三维坐标转换至该局部坐标上生成局部坐标；四面体顶点生成模块，用以从所述的局部坐标生成模块获取所述的局部坐标和局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并从所述的体心立方映射模块获得体心立方晶胞中心坐标，根据体心立方晶胞中心坐标判断是否出现超出输入信号空间范围的顶点，以决定采用正方双榍体内插或半个正方双榍体内插，并计算四面体的四个顶点在输入坐标系中的坐标；三维至一维地址映射模块，用以从所述的四面体顶点生成模块获得所述的四面体四个顶点的坐标，按照指定的映射方式计算四个一维查找表与四面体顶点的对应关系，并将四个顶点的三维坐标映射至四个一维查找表的一维地址上；四个一维查找表模块，每个一维查找表模块用以从所述的三维至一维地址映射模块获得一个对应的一维地址，从内部存储空间内取出这一地址所指定位置的数据；四面体内插模块，用以从所述的三维至一维地址映射模块获取四个一维查找表以及四面体顶点对应关系，从所述的体心立方映射模块获取所述的体心立方晶胞中心坐标，从所述的局部坐标生成模块获取所述的局部坐标系各个轴在输入坐标系中的指向，并从所述的四个一维查找表分别获取所述的数据，计算所述的四个一维查找表数据的权重，并利用该权重与所述的四个一维查找表的数据计算输出的内插值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：诸悦，陈晓春，刘翔，章旭东，刘行，
申请(专利权)人：上海富瀚微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：