在投影显示与车载 HUD 领域，设备光轴与投射平面夹角偏差所引发的梯形失真问题，长期以来一直是行业面临的棘手难题。传统的光学补偿方案因受机械结构调整范围的限制，在应对复杂安装场景时往往力不从心。北格逻辑的 Keystone 梯形校正 IP，借助高效的数字图像预处理技术，成功构建了光学失真与数字补偿的闭环系统。
梯形校正技术的核心在于运用逆向几何变换算法，通过将标准矩形图像预先变形为适配光学路径的任意四边形，与投影系统产生的梯形畸变形成空间矢量中和。这种 “数字先行” 的校正理念，确保了最终投射图像无论在何种安装角度下，都能精准呈现矩形显示效果。此方案可广泛应用于超短焦投影、多平面融合 HUD 等前沿显示领域，有力推动智能座舱与沉浸式影音体验迈入新的发展阶段。
图1.keystone校正效果
Keystone 梯形校正技术主要由透视变换算法和插值算法两部分构成。基于单应性矩阵的透视变换算法，构建了三维空间坐标转换模型。通过建立目标图像与源图像的双向坐标映射关系，实现了亚像素级的几何校正精度。该算法支持动态参数更新，能够在 0.5 秒内完成新坐标系的实时重建。针对不同应用场景，该技术提供了可配置的插值方案：
高效模式：双线性插值采用 2×2 像素矩阵，在计算资源与图像质量之间达成了极佳的平衡。
品质模式：双三次插值基于 4×4 像素邻域，借助三次卷积核函数，实现了影院级的平滑过渡效果。
北格逻辑设计的 Keystone IP 核，采用全硬件加速架构，在 FPGA 平台实现时具备以下显著技术亮点：
采用纯硬件流水线设计，无需上位机软件参与参数计算及流程控制，可兼容各类无处理器架构的 FPGA 芯片。
配置极为简便，仅需输入源图像和目标图像的 4 个顶点坐标即可投入工作。
设计紧凑高效，所占用的逻辑资源少。
变形幅度大，缩放能力强，能够充分满足大幅度变形及不同投影距离的需求。
参数生效迅速，0.5 秒内新配置即可生效。
支持 4 个独立形变区域并行处理，各区域可配置不同变换参数，适用于投影区域由多个平面组成的复杂情况。
整个计算过程中，仅需对源图像进行一次写入和读出操作，以及对变形参数进行一次读出操作。每次 DDR 读写 burst 长度不小于 128，数据位宽为 256bit，有效避免了频繁的读写切换和跨行操作，内存使用效率极高。
图2.keystone目标图像单行像素在源图像中的映射线
配置生效时间: 小于 0.5 秒；
计算性能：能够实时处理 4K@60fps 的图像；
变形幅度：目标图像单行像素最大可映射1024行源图像数据；
缩放幅度：1 - 4 倍连续可调；
计算延迟：1 帧。
北格逻辑致力于为FPGA生态圈提供高质量的图像处理类IP，未来我们会升级keystone IP，增加桶形失真和枕形失真的校正，提供更多强大的畸变校正功能。目前keystone IP在多块开发板上提供了演示程序，欢迎各位朋友实测。更多细节，敬请关注北格逻辑官网：www.berglogic.com。
文章来源：北格逻辑
