基于CPLD+DSP的實時數(shù)字圖像穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計方案

數(shù)字圖像穩(wěn)定是圖像序列處理中得一項重要的前處理步驟。早期的方法是對攝像機(jī)本身的機(jī)械和光路進(jìn)行穩(wěn)定，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，可以對采集到的圖像進(jìn)行處理，使圖像在顯示器上能夠穩(wěn)定地顯示，同時也為了更好地為后續(xù)處理提供穩(wěn)定的圖像序列，如圖像拼接、圖像增強(qiáng)、信息融合、目標(biāo)追蹤、目標(biāo)識別等各種圖像處理技術(shù)的綜合運用。在實現(xiàn)實時圖像穩(wěn)定系統(tǒng)方面，由于圖像計算量大，必須選用高性能數(shù)字信號處理器。目前實現(xiàn)實時圖像處理的主要方式有4種：1）基于通用PC機(jī)；2）基于通用DSP；3）基于專用或多DSP；4）基于可編程FPGA或DSP+FPG。在通用PC機(jī)上可方便地進(jìn)行各種圖像算法的仿真試驗，但是這種方法只能在實驗室進(jìn)行，難以現(xiàn)場應(yīng)用。其中基于通用DSP這種方案的優(yōu)點在于，價格便宜、資料豐富、開發(fā)相對簡單，并且處理速度也隨著器件性能提高，已經(jīng)能滿足圖像穩(wěn)定所需要的實時處理，形成脫機(jī)系統(tǒng)。針對實時數(shù)字圖像穩(wěn)定處理，介紹一種采用高性能系列的DSP C6416，開發(fā)出一套數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用雙口RAM作為高速數(shù)據(jù)輸入輸出緩沖通道，由CPLD進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯控制，DSP的EDMA完成數(shù)據(jù)的片內(nèi)片外傳送，通過配置和軟件優(yōu)化，最終完成了系統(tǒng)的高度實時運行。
　　1 穩(wěn)像方法和步驟
　　數(shù)字圖像穩(wěn)定處理過程主要由3部分組成：運動矢量估計模塊（ME），運動矢量補(bǔ)償模塊（MC）和圖像序列合成模塊（IC）。通過ME模塊找到幀間運動偏移，由MC模塊進(jìn)行圖像拼接完成運動補(bǔ)償，最后經(jīng)IC模塊進(jìn)行圖像剪裁輸出。
　　運動矢量估計模塊中，通過比較當(dāng)前圖像和參考圖像中相同的部分，找到兩幀圖像問的偏移量，即運動矢量，廣泛應(yīng)用于視頻處理與編碼，如圖1所示。
　　
　　圖1中用實線所畫的方框表示匹配塊，虛線所畫的方框表示搜索窗。假定第k幀為當(dāng)前幀，為了計算第k幀相對于第k-n幀的運動偏移量。在第k-n幀的中心位置選擇一個N×N像素大小的匹配塊，同時在第k幀上選擇一個M×M（M》N）大小的搜索窗，搜索窗的中心位置與第k幀的匹配塊中心位置重合，通過用式（1）比較兩幅圖像間所有相應(yīng)像素間絕對差的累和VSAD（Sum of Absolute Difference），在搜索窗內(nèi)找出和匹配塊圖像最匹配的位置，即VSAD最小值的位置。該匹配位置坐標(biāo)和搜索窗中心點坐標(biāo)的相對位置（△x，△y），即為兩幀圖像的偏移運動矢量。