新闻中心

EEPW首页 > 汽车电子 > 设计应用 > 基于DSP和FPGA的电视观瞄系统设计

基于DSP和FPGA的电视观瞄系统设计

——
作者:电子科技大学光电信息学院 刘学智 叶玉堂;西南技术物理研究所 高升久 黄自力时间:2006-10-02来源:今日电子收藏

电视观瞄系统以为处理核心,实现红外数字视频信号的实时实现了部分的算法和的控制逻辑,并响应中断,实现数据通信和存储

引言

许多光学观瞄系统都增加了电视、红外辅助(周视)观瞄系统,称之为光电观瞄系统。在该系统中,需要用电视或红外成像来精确瞄准目标,但光电系统所在的平台总是处于运动状态,成像器件产生的图像也就随之运动,通过CCD成像器件或红外成像器件得到的图像不能保证观瞄精度。因此,克服平台运动造成的成图像旋转是解决观瞄精度的关键技术之一。目前的常用方法是机械消像旋,很多要求较高的光学系统仍然采用该方案,随的广泛应用,电子消像旋也应用到了光学观瞄系统上。

这两种方案各有优缺点:机械消像旋可以保证视场不受影响,观瞄精度由成像器件和光学系统决定,缺点是需要一套精密的机械控制系统,对小型化的光学观瞄系统而言,有时很难满足该机械装置对空间的需求;电子消像旋克服了对精密机械装置的要求,可以把处理模块安装在系统的电子箱中,实时性好,无机械延迟,缺点是会损失边缘部分的视场、观瞄精度不仅受光学系统及成像器件的影响,而且与旋转算法、插值算法及插值精度有关。尽管如此,电子消像旋平台为使用技术和数字信号处理技术提供了充分的条件,随着微电子技术的迅猛发展,设计优秀的光电观瞄系统不仅能够满足系统对精度的要求,还能够利用图像处理技术大大改善观瞄的视觉效果,同时可以完成许多数字信号处理方面的工作,如:目标识别跟踪、远程通信、信息管理等重要的功能。

本文介绍的电子消像旋系统采用Altera公司的StratixII系列FPGA芯片和ADI公司的A2183为核心,可以满足系统对功能、实时性及精度的要求。

系统原理与基本结构

电视观瞄系统组成框图如图1所示。系统由红外热像仪、主图像处理板、DC/DC与差分转换板、总线母板、控制接口板、显示屏等部分组成。

图1 电视观瞄系统组成框图

首先,红外热像仪生成观瞄场景的数字视频图像数据,以LVDS信号传送到系统总线。这里采用LVDS视频信号,主要是考虑本电视观瞄系统要求在非常苛刻的物理环境下工作,而LVDS方式具有良好的抗电磁干扰(EMI)能力,能够很好地保证视频信号在较长距离条件下的传输质量。该消旋处理模块共包含四个功能单元:(1)DC/DC转换、LVDS与LVTTL相互转换单元;(2)系统控制接口单元;(3)图像处理单元;(4)其他单元。功能单元(1)完成系统电源及LVDS数字差分视频到LVTTL数字视频的转换;系统控制单元(2)包含两路串行接口和数据交换邮箱,完成信息交换;功能单元(3)是系统的核心部分,它实现对图像的处理及保证精度的要求;单元(4)主要是系统电磁兼容性方面的设计及数据存储单元。

图像处理模块完成对数字视频信号的流水处理,全部工作流程在DSP的控制下用FPGA器件实现视场中心的校正、旋转、精度的计算、实时图像插值等,最后,经过消像旋处理的数字视频流,再由DC/DC与差分转换模块中的LVDS Driver部分传送给终端显示。其中,红外热像仪控制电路设置两路RS422串行通信口,通过串行口与热像仪和图像处理板交换数据信息。数据交换由热像仪控制电路发起,每100ms通过RS422串行通信口1向热像仪发送一次控制指令,直到收到热像仪的接收响应回码。红外热像仪控制电路板收到热像仪的接收回码后将该回码通过RS422串行通信口2转发给图像处理板。按照这些控制命令的内容,图像处理板便根据这些命令完成字符叠加,供观瞄显示屏上显示。

系统设计

在数字信号处理技术中,DSP+FPGA是目前比较通用的方式。通用DSP对系统进行管理,并协同功能强大的FPGA完成图像算法,实现设计功能要求。

消像旋是一种常用的的数字图像处理技术,传统的消像旋都是在二维平面中进行的,由于旋转后图像像素点坐标不再是整数,故旋转后必须对像素点灰度进行二维插值运算,由于其运算过程复杂,运算量也大,尤其是当对旋转后的图像质量要求较高时,需要采用高阶数的插值运算,如3阶、4阶等,则运算量更大。因此单纯采用软件实现,其运算时间过长,实时性差,无法满足高速图像旋转的要求,更不用说在视频条件下使用。

● 观瞄显示界面设计

观瞄显示界面如图2所示。通过图文混合技术,可以在显示界面上很方便地产生电子分划,形式灵活可变且精度高,可以容易实现不改动光学系统而完成零位校准、对比度亮度调整、动态变形消隐等任务。观瞄区域是一个圆形,圆形以外至屏幕边缘则是固定灰度的背景,用于叠加图文信息。屏幕左上是命令菜单,显示当前执行的命令,右上是控制参数,具体显示控制字符。在屏幕左下,是系统的状态信息,右下则是调试命令,平时不显示,只在系统进入自身调试状态时才显示。

图2 观瞄显示界面

● FPGA设计

系统中,FPGA主要完成对视频图像的旋转算法实现、图文混合、逻辑控制和部分I/O操作等工作。正是基于这样的考虑,选用了Altera公司的StratixII系列中的EP2S30F484I4芯片。StratixII FPGA放弃了传统的查找表(LUT)结构,使用一种创新的自适应逻辑模块(ALM)作为FPGA的基本结构单元。与第一代Stratix相比,StratixII FPGA的逻辑密度是前者的2倍,速度也快了50%。EP2S30F484I4有13552个自适应逻辑模块(ALM),33 880等效逻辑单元(LE),片上RAM为1369728bit,还有12个锁相环(PLL)。

FPGA控制单元是在QuartusII 5.0环境下开发的,消像旋处理是软件设计的关键。数字视频由红外热像仪输出,格式为差分输出。包括如下信号:V_CLK(14.5MHz),V_LE(行有效)、V_FE(场有效)、V_EOF(奇偶场标志)、V_SYN(复合同步)、V_D[7..0](8bit数据)。该数字视频经过消像旋处理后仍按原格式输出。图像分辨率为(768

红外热像仪相关文章:红外热像仪原理


评论


相关推荐

技术专区

关闭