用于海洋搜救的多DSP圖像處理識(shí)別系統(tǒng) - 全文

　　引言

　　海上搜救服務(wù)是國(guó)家應(yīng)急救援體系的重要組成部分，也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。采用先進(jìn)的搜索系統(tǒng)是提高搜救行動(dòng)有效性的重要手段之一。通常情況下搜索系統(tǒng)采用雷達(dá)或者光電成像系統(tǒng)，因?yàn)楣鈭D像傳感器具有很高的分辨率，在能見度理想的情況下，觀測(cè)距離可達(dá)20~40km，但它的缺點(diǎn)就是在較大程度上依賴良好的天氣及日照條件。而紅外圖像傳感器具有穿透煙、霧、霾、雪等能力，可彌補(bǔ)這一不足，因此采用紅外、可見光成像和DSP圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成的光電搜索系統(tǒng)。

　　根據(jù)海洋搜救的性質(zhì)，該系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本能力：

　　較高的可疑目標(biāo)檢測(cè)能力；

　　較高的海洋背景抗干擾能力；

　　具有一定的目標(biāo)識(shí)別和跟蹤能力。

　　基于以上考慮，本文設(shè)計(jì)了由二片TMS320F2812和八片TMS320C6416T構(gòu)成的圖像處理系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)指標(biāo)要求

　　可見光視頻輸入：CCIR/EIA或PAL/NTSC視頻信號(hào)

　　紅外視頻輸入：CCIR/EIA

　　視頻輸出：VGA或標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出

　　視頻AD轉(zhuǎn)換精度：12bit

　　視頻顯示DA轉(zhuǎn)換精度：10bit

　　圖像處理幀速率：大于30Hz

　　可檢測(cè)“目標(biāo)”的最小象素?cái)?shù)：3×3

　　系統(tǒng)方案

　　系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　采用TMS320F2812實(shí)現(xiàn)視頻采集，通過(guò)XINTF接口與多片6416-HPI接口連接，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)傳輸。各6416采取流水工作模式，通過(guò)EMIFB接口輸出處理后的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)顯示電路，由監(jiān)視器顯示輸出圖像。

　　系統(tǒng)采用可拓展結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實(shí)際需要確定6416圖像處理單元數(shù)目。通常采用四個(gè)或八個(gè)6416圖像處理單元。

　　系統(tǒng)軟件對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和邊緣檢測(cè)，檢測(cè)可疑目標(biāo)并進(jìn)行識(shí)別。

　　單視頻輸入時(shí)，可選擇四個(gè)或八個(gè)6416圖像處理單元構(gòu)成圖像處理機(jī) 。

　　雙視頻輸入工作時(shí)序圖如圖2所示。每個(gè)視頻通道擁有四個(gè)6416圖像處理單元，分別采用流水工作模式，每片6416處理一幅圖像的最大周期為4幀，兩組的處理結(jié)果輸出給圖像顯示模塊處理。

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　硬件系統(tǒng)由三部分組成：視頻采集電路、圖像處理電路及顯示電路。硬件設(shè)計(jì)總體框圖如圖3所示。

　　視頻采集電路

　　基于2812-DSP的視頻信號(hào)采集原理框圖如圖4所示，其中包括視頻預(yù)處理模塊和2812 模塊。視頻預(yù)處理模塊包括Y/C分離、電平鉗位、同步分離、幅度調(diào)整處理電路。2812-DSP片上A/D以12.5M的速度采集視頻信號(hào)，達(dá)到了極限采樣速率（采樣間隔時(shí)間為80ns）。

　　Y/C分離、視頻鉗位、同步分離電路原理圖見圖5。

　　TMS320C6416T子模塊

　　此模塊是本系統(tǒng)處理部分的核心模塊。按照通用性強(qiáng)、接口清晰簡(jiǎn)捷、資源引出最大化、兼顧構(gòu)建多6416系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想來(lái)設(shè)計(jì)6416子模塊，如圖6所示。通過(guò)EMIFA接口擴(kuò)展了兩片4M×32bit SDRAM， 可一次讀寫64bit數(shù)據(jù)。

　　圖像傳輸接口設(shè)計(jì)

　　圖像數(shù)據(jù)通過(guò)2812-DSP-XINTF（16bit）/6416-DSP-HPI（32bit）接口傳輸，采用一片CPLD將2812-DSP兩次輸出結(jié)果拼接成32bit。優(yōu)化2812-DSP-XINTF寄存器可使HPI接口傳輸速率達(dá)到最大。對(duì)XINTF寄存器的具體優(yōu)化值見表1。

　　圖像顯示

　　采用VGA監(jiān)視器顯示圖像處理結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)SVGA接口信號(hào)包括：行同步信號(hào)（VGA_Hs）、場(chǎng)同步信號(hào)（VGA_Vs）以及紅、綠、藍(lán)三路模擬信號(hào)。VGA所需的時(shí)序同步信號(hào)由CPLD產(chǎn)生，所需的模擬信號(hào)由視頻D/A轉(zhuǎn)換器ADV7123實(shí)現(xiàn)。顯示接口電路框圖如圖7所示。

　　由CPLD對(duì)各個(gè)6416圖像處理單元數(shù)據(jù)輸出接口（EMIFB）總線進(jìn)行總線仲裁，實(shí)現(xiàn)各個(gè)6416單元的圖像數(shù)據(jù)分時(shí)輸出。

　　兩片采用“乒乓存取”工作方式的SRAM組成了圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每片SRAM存放一幀圖像，由CPLD控制。