面向智能仪器的抗锯齿显示技术分析与实现

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1、江苏大学硕士学位论文摘要随着现代电子技术的飞速发展，待测信号的种类越来越丰富，交互界面需要显示的内容越来越复杂，对智能仪器显示质量的要求越来越高。目前大部分智能仪器采用光栅图形显示系统，仪器中显示的图形受光栅／点阵显示器的限制会存在锯齿形失真二发生扭曲或畸变等走样现象，极大影响了图形的视觉效果，已经不能满足当今仪器快速发展的需要。抗锯齿可以使图像的定位和绘制比实际屏幕的分辨率精度更高，能有效避免走样产生的显示误差，而且可以使显示的图形能接近实际曲线，可以很好的满足现代测量仪器的需要。在图形界面已成为人机交互主流方式的今天，抗锯齿成为仪器显示的最重要研究方

2、向之一。现有的抗锯齿方法都是针对某一种图形进行处理，例如直线、圆和多边形，处理的图形种类比较单一，通用性差，与实际应用相比，具有一定的差距。而智能仪器显示的图形是多种多样的，所以寻找一种能处理多种图形的通用抗锯齿方法已成为智能仪器发展的迫切需要。随着人们对视觉效果要求的越来越高，彩色图像的应用日益广泛，而传统的大部分抗锯齿算法是基于灰度图形的，已经不能满足人们对色彩的要求，彩色抗锯齿算法成为当今图形显示最新的研究趋势。为了解决这两个问题，在对现有抗锯齿算法深入研究的基础上，提出了一种任意波形的彩色抗锯齿方法，同时考虑到智能仪器对显示实时性的要求，结合图像

3、平滑理论，设计了一种基于图像平滑、易于硬件实现的抗锯齿方案。本文从走样现象产生的原因出发，系统的阐述了计算机图形学的发展、光栅扫描显示系统的特点、抗锯齿技术的现状以及常用的抗锯齿方法，着重对直线和圆的抗锯齿算法进行了详细介绍，并对各种算法的抗锯齿效果做了分析，为任意波形的抗锯齿算法的设计打下了坚实的理论基础。通过对现有抗锯齿算法的原理进行比较分析后，结合任意波形采样数据的特点，即任意的、离散的、浮点的，对WU直线抗锯齿算法进行改进，有效地处理了两端点和线段小于1情况，采用在两采样点之间连线的方法，解决了采样点之间的插值问题，同时保证了绘制波形的连续性。为

4、达到在RGB色彩空间实现任意的背景色下进行抗锯齿的目的，提出亮度系数的概念，结合前景色和背景色的颜色差值，通过亮度系数对三个通道并行处理，实现了RGB颜色亮度的调节。同时为了保持波形的尖峰及拐点处的细节，设计了尖峰保持算法，有效的避免了因曲线变粗、像素点覆盖而导致的图形细节丢失。抗锯齿处理的特点是数据量大，处理耗时，而智能仪器需要实时地与使用人员进行江苏大学硕士学位论文信息交互，复杂的抗锯齿算法是智能仪器显示系统的一个瓶颈。为了满足智能仪器对实时性的要求，结合图像平滑理论，设计了一种基于图像平滑的彩色图像抗锯齿的FPGA硬件实现方案，使用VerilogH

5、DL语言实现了各个模块的具体设计。采用流水线实现了图像的边缘检测和滤波，有效提高了系统的处理速度。实验结果表明，两种方法都能够有效减小锯齿，在复杂背景下仍然有很好的平滑效果，而且能够应用于测量数据的抗锯齿，证明了算法的有效性和实用性。软件实现算法在抗锯齿效果上要优于硬件实现方案，适用于对实时性要求不高的场合，而硬件实现方案非常适合于对平滑性和实时性要求较高的仪表显示领域。关键词：抗锯齿；智能仪器；任意波：FPGA；图像平滑II江苏大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmodemelectronictechnol

6、ogy,thetypeofsignaltobemeasurediSmoreandmoreabundant．andthecontentsthatinteractiveinterfaceneedtodisplayaremoreandmorecomplicated，thedisplayqualityofintelligentinstrumentsareincreasinglydemanding．Currently,mostintelligentinstrumentsadoptrastergraphicsdisplaysystem，thegraphicinthe

7、instrumentisshownbythegrating／bitmapmonitorrestrictionswouldexistaliasingphenomenon，suchaszigzagdistortion，distortion，aberrance，etc．Ithasgreatlyaffectedthegraphicvisualeffects，SOthatitcannotsatisfythe．demandsofthetoday’Srapiddevelopmentinstruments．Anti—aliasingCanmaketheimageposi

8、tioningandrenderingmoreaccuratethantheac