一種新型的多DSP紅外實時圖像處理系統(tǒng)設(shè)計

　　2．1 非均勻性較正算法設(shè)計

　　非均勻性是指凝視成像探測器在外界同一均勻光學場輸入時各單元輸出的不一致性。焦平面陣列探測器的非均勻性高達10％～30％，因此焦平面探測器在使用時必須進行非均勻性校正。非均勻性校正算法中，兩點校正算法是最常用的算法，該算法的計算量非常小，校正一個點只需1次加運算和1次乘運算，有利用系統(tǒng)實時實現(xiàn)。

　　兩點校正公式為：V’=GV+O。其中，V為探測器單元的實際輸出值，V’為校正后的值，G為校正增益，O為校正偏移量值。G和O利用測量兩個不同溫度點的探測器響應(yīng)計算得出，預(yù)先存入FLASH芯片中。系統(tǒng)正常工作時，DSP將系數(shù)從FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數(shù)，用乒乓方式寫入四端口RAM中。每寫完1塊數(shù)據(jù)區(qū)后利用四端口RAM的中斷信號通知FPGA將系數(shù)讀走，F(xiàn)PGA將得到的系數(shù)依次存入SDRAM中。系數(shù)傳送完畢后，F(xiàn)PGA開始接收探測器數(shù)字圖像信息，同時將校正系數(shù)讀出，對原始紅外圖像進行乘加運算。工作流程見圖3。

　　2．2 圖像拉伸算法設(shè)計

　　圖像拉伸采用自適應(yīng)直方圖增強算法，表示為如下的映射關(guān)系：

　　式中：yk為增強后圖像的灰度值；Xmax和Xmin為原圖像中像素最大值和最小值；Xk為原圖像的灰度值；a為亮度補償系數(shù)，取值為0～1之間，當取0時，即是通常的拉伸算法。

　　考慮到紅外圖像中可能存在盲元和噪聲，Xmax和Xmin不宜取原圖像中最大最小值。采用分位數(shù)法來取圖像中的最大值和最小值可以把盲元和噪聲的影響降到最低，分位數(shù)根據(jù)盲元和噪聲情況具體確定，一般可取5 ％。

　　圖4給出了直方圖增強算法的FPGA系統(tǒng)框圖，A／D轉(zhuǎn)換后的14 b數(shù)據(jù)流進入直方圖統(tǒng)計模塊計算每一像素點的直方圖，根據(jù)設(shè)定好的分位數(shù)計算圖像中像素的最大值和最小值。在每一幀有效數(shù)據(jù)結(jié)束后，根據(jù)直方圖統(tǒng)計得到的最大值和最小值，計算灰度映射的除法，這樣每幀只需計算1次除法，而不用對每一像素進行除法計算。之后對得到的因子對每一像素進行乘法及移位計算即可得到直方圖增強算法處理后的圖像數(shù)據(jù)。增強后的圖像數(shù)據(jù)通過DAC控制模塊送入電視顯示。

　　3 結(jié)語

　　針對紅外試試圖像處理系統(tǒng)構(gòu)建的FPGA+多DSP的硬件平臺，利用FPGA進行調(diào)度和時序控制，有效的使3個處理器并行工作，大大提高了系統(tǒng)處理能力。研究并實現(xiàn)了從紅外探測器數(shù)據(jù)采集到圖像校正、圖像處理，以及圖像顯示的整個流程。系統(tǒng)已應(yīng)用于工程實踐中，對于空間質(zhì)量要求苛刻的高性能處理系統(tǒng)有一定的借鑒意義。