数字背景下艺术图像清晰度智能处理系统设计

2020-07-23田静

现代电子技术 2020年14期

田静

（江汉大学文理学院，湖北武汉 430345）

摘要：为了更好地提升艺术设计系统对图源数据的高清分析计算效果，通过数字技术对艺术设计系统进行重新设计。通过采用高清COMS数字硬件与XC7K160T?2FFG676I图像处理IC及相关数字器件，完成对设计系统高清采集处理硬件的设计;并通过引入数字信号处理算法与B/S架构，完成对提出系统的软件部分的设计描述;通过对图像设计处理过程中不同清晰度分布下的像素点进行随机选取，获得不同清晰维度下的实验样本。将获得样本的输出像素密度与当下的艺术设计系统输出的像素点密度进行对比，可得到单位面积下有效像素的密度值。通过密度值大小证明数字背景下的艺术设计系统输出图像具有较高的清晰度。

关键词：图像清晰度; 智能处理; 系统再设计; 像素密度; 有效像素; 仿真分析

中图分类号： TN911.73?34; TP391.41 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）14?0138?04

Design of art image definition intelligent processing system in digital background

TIAN Jing

（Wuhan College of Arts and Sciences， Wuhan 430345， China）

Abstract： The art design system is redesigned by means of the digital technology to improve the HD （high definition） analysis and calculation effect of the art design system on graph source data. The design of HD acquisition and processing hardware of the design system is completed by means of over HD COMS digital hardware， XC7K160T?2FFG676I image processing IC and related digital devices. The design description of the software part of the proposed system is completed by introducing the digital signal processing algorithm and B/S architecture. The pixels with different definition distribution in the process of image design and processing are selected random to obtain the experimental samples with different clarity dimensionality. The obtained output pixel density of the sample is compared with that of the current art design system， and the density value of the effective pixel per unit area can be obtained. It is proved by the density value that the output image of the art design system under the digital background has a higher definition.

Keywords： image definition; intelligent processing; system redesign; pixel density; effective pixels; simulation analysis

0 引言

艺术设计是一门针对图形、图像与美学间的设计学科，其涵盖面甚广，包括：素描、色彩、构成、图案设计、表现图技法、摄影基础、艺术概论、现代广告设计概论、POP广告手绘技法、广告图形创意、平面广告形象设计、插画设计、世界优秀平面广告设计作品赏析、平面广告设计原理、广告设计艺术表现技法、世界包装设计赏析、海报招貼设计、机构形象（VI）设计[1?2]、书籍装帧设计、包装结构与装潢设计、平面设计软件应用（Photoshop，Illustrator）、Indesign排版应用[3?4]、3ds MAX三维效果表现、印刷工艺等，艺术设计所涉及到的领域也较为广泛，例如：广告设计、印刷设计、书籍装帧设计、海报招贴设计、产品包装设计、企业形象设计（VI设计）、展示设计、数码影像设计等。

随着近年来网络技术的发展，艺术设计主要依托软件设计系统，通过艺术设计系统强大的图像渲染与合成处理能力，极大地提升设计者对图形的美学展现。图像处理技术的发展，将图像模拟信号处理带入到数字处理时代，当下多数艺术设计系统在对图像的处理时，受到模拟信号硬件与软件的制约，无法进一步提升设计图像的清晰度，一些能够提升图像清晰度的优秀图像滤波算法，需要数字化的运行平台。基于此种情况，在数字化背景下，本文提出数字背景下的艺术设计系统设计与实现。通过采用DSP，COMS等数字技术硬件[5?6]，结合Linux内核的B/S框架[7]，对艺术设计系统进行全新的设计。

1 硬件单元设计与实现

1.1 硬件层的结构设计

设计的系统中，为了最大程度地提升系统对图像像素明暗值的感应，将CCD感光器件[8]更新为数字COMS感光器件。因此在结构设计上将系统硬件分为图源信号采集层、信号存储层、信号转换层与信号处理层四部分。硬件结构框图如图1所示。

1.2 各层硬件模块设计

1）图源信号采集层：主要包含图像数据源的采集器件，采集核心采用OV09281?H64A COMS数字传感IC、USB 3.1模组、A/D采集端子;功能是用于对图像数据源的采集、数据制式的识别、交互协议的支持。COMS数字传感IC如图2所示。

2）信号存储层：在信号存储层中，设计采用UFS 3.0存储器来代替传统的DDR存储器，直接将存储速率提升至2.9 GB/s，同时为了保证图像数字信号的稳定，存储层中采用三态输出逻辑的SN74LV595APWR信号寄存器来完成信号到存储器间的信号缓存。

3）信號转换层：主要用于数字图像信号的编码转换处理，在层级中主要通过设置的ASX340

CS2C00SPED0图像编码器，来完成对图像信号的数字化转码处理。编码器数字转换原理结构如图3所示。

4）信号处理层：在系统硬件的设计中，信号处理层为重要的核心层。此层主要负责图像信息数据流的数字化分析与处理，设计采用XC7K160T?2FFG676I图像处理IC作为图像数字处理的中央处理器，通过硬件核心对图像滤波器的集成，可快速完成对图像数字像素点分布排列矩阵中噪点的滤除，提升有效像素排列密度。

2 软件层的设计与实现

2.1 软件开发平台设计

在系统的开发环境选取设计中，考虑到开发语言与编程方式对应程序的不同，决定采用双开发环境，即同时采用Java与Python两种开发语言对设计系统进行编程。通过两种不同开发环境中的结构标准，可以更好地对开发过程中MVC模式[9]进行支持，同时双开发环境中集成Struct框架对设计系统内部的B/S框架能够起到辅助整体布局的作用。

通过上述的框架设定，可得到设计系统的总体结构架构框图，如图4所示。

由图4所反应出的设计总体架构框图分析，可得到一组MapInfo设计开发下精度相对较高的串口、并口、USB端口的参量设计模型。在设计系统存储功能开发上，双开发环境采用的存储方式区别于常规的存储方式，采用基于Bigtable的存储方式[10]，将存储的结构方式改为分布式结构，可大幅度提升图像源数据的读写存储速度，同时将图源数据的格式支持类型扩充到全格式支持。

2.2 架构CPU运行研究

基于上述开发环境的设定，结合数字背景条件，在软件开发框架的设计中选用MapInfo软件作为设计系统软件的框架开发程序，从而将设计系统的框架确定为B/S框架。在框架的通信建立过程中，B/S框架内部集成的UDP协议会自动释放一组协议，同Internet中验证端完成链接，搭建起完整的FTP，同时会自动设定随机SOCKAFFRT_IN文件为变量数据，通过变量数据的设定，系统对图像源的处理控制参量即被锁定。考虑到系统针对图像源设计主要在于图像的图像域、图形的分析生成、图像的渲染输出三个层面，因此架构设计在三维信息数据感知服务上，对服务进行三维重组，提升三维感知参量。

通过MapInfo内三维开发设计程序，可将参量还原成一个高精度的3D模型，在还原过程中，架构CPU运行计算流程如图5所示。

2.3 软件模块设计

在数字背景下开发的框架完成后，对系统内部的功能模块进行开发设计。考虑到艺术设计系统对图形数据处理过程，主要是对图形图像数据的多层级别的渲染与3D形态的构建输出。在此过程中，通过图像图形的融合工具对数据源进行对应代码的调用，通过调用融合加载代码，启动数据融合程序，完成图像相关处理算法的加载。系统中选取MT29F1G08ABAEAWP：E作为设计系统的功能FLASH存储器，交互数据信号与分析选取信号采用DSP主控作为控制总线。设计系统中涉及到的软件功能模块包括：程序调用模块、交互存储模块、通信控制模块和控制交互模块。各个模块的详细设计描述如下：

1）程序调用模块：主要用于图形图像数据处理算法与相关指令代码控制程序的调用。系统中的图像渲染组件由MVC来完成模型的构建处理，系统中的调用系统采用标准的MySQL系统。设计系统中的调用启动文件BootLoader的管理权限，由图形管理服务层文件ManagementModule，根据Application程序所反馈的用户使用量决定。

2）交互存储模块：交互存储具有实现系统内数据缓存与数据读写功能，实现本地数据与远端服务器数据的统一。在图像数据的交互转换层面上，系统采用GridDEM作为图像数据的数模转换功能模块，同时在交互区创建三维数据库，通过Creator内部设置的Terrain选项功能，完成对设计系统的FLASH设计构建。在图像的渲染过程中，对颜色参量、材质属性、纹理等数据的适应量获取上，设计采用批处理的方式来完成，批处理模块选用执行度与稳定性均衡的Batch模块。通过批处理的交互执行方式，完成艺术设计系统对图像数据的APP，CULL与DRAW的设计。

3）通信控制模块：主要负责设计系统的控制总线数据信号的传输，可以说通信控制模块是整个系统设计的核心模块。为了保证总线控制信号的稳定，借鉴开发环境的双模式设计，在通信控制模块设计中采用以OpenFlight为基础、VIX总线传输技术为辅助的设计模式。通过总线模块的Sink节点对代码执行过程中的全局记录、数据库头层辅助记录与数据库历史记录进行控制，在数据库ObjectLevel层[11]结构内完成对图像的二维转换。通过MultiGen模块对图形层次进行结构视图转换，以此为基础，由GeometryTools工具模块将图形二维面转换为三维图体，从而实现图形的三维重建。具体实现过程如图6所示。

4）控制交互模块：主要功能在于设计数据指令的可视化图形输出与人为指令的数据化转换及识别。该模块设计采用嵌入式的方式，将Linux交互识别内核植入设计系统的底层架构，通过在底层创建filesystem执行目录，将/lib中及子目录下的设备数据进行直接关联绑定，建立控制交互模块的USGGD数据库文件。

2.4 高清输出算法的引入

在设计系统功能模块的开发设计中，考虑到图像源信号的数字化处理需要引入不同的算法来完成数据的计算，其中信号的数字滤波器的函数设计，需要满足图像波纹的净化特征，又要同时满足被模块代码实时调用。结合上述特点，在数字背景下，将数字滤波器函数设定为Butterworth型[12]，在函数设定中，图像的滤波器分为常规滤波器与椭圆滤波器两种，二者间的差别在于常规滤波器的通带波纹为内等波纹，阻带具有单调性。而椭圆滤波器的通带与阻带波纹都为内等波纹，根据以往的数据可知，椭圆滤波器的阶数值小于常规滤波器，优势性更强。由设计函数可得到：

[I，Ei=elipordEq，Ed，Tq，Td] （1）

[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei] （2）

[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei，ftype] （3）

式中：[Ei]代表滤波归一系数;[m，s=ellipi，Tq，Td，Ei]为设定的终止系数为[Ei]的i阶低通量的椭圆数字滤波器。完成滤波器设定后，对设定的滤波器进行算法输入，滤波算法如下：

[u=filterm，s，c] （4）

式中：u代表滤波输出值的逻辑排列;c代表载入信号的排列;m，s分别代表滤波器滤波函数中的分子与分母的向量值。

由此可得到滤波过程中的差分方程表达式为：

[s1?Ui=m1*ci+m2?ci-1+…+ mim+1?ci-im-s2?ui-1+…+ sis+1?ui-is] （5）

在对之前的模拟频率进行滤波时，首先需要对其机械能数字化转换，通过仿真将转换得到的数字频率进行椭圆滤波器阶数匹配，确定滤波阶数后便可通过正弦波模拟的方式来获得滤波信号的载入频率与接收频率，从而实现滤波的智能分量控制。

3 仿真实验结果与分析

将一组图像导入设计的艺术设计系统，在系统中对图像分别进行图像二维甄别、图像噪点滤波与图像三维重组3项操作，操作界面如图7所示。

与图像三维重组操作界面