基于CPLD+DSP的實(shí)時(shí)數(shù)字圖像穩(wěn)定系統(tǒng)
數(shù)字圖像穩(wěn)定是圖像序列處理中得一項(xiàng)重要的前處理步驟。早期的方法是對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)別等各種圖像處理技術(shù)的綜合運(yùn)用。在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像穩(wěn)定系統(tǒng)方面,由于圖像計(jì)算量大,必須選用高性能數(shù)字信號(hào)處理器。目前實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yàn),但是這種方法只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,難以現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。其中基于通用DSP這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于,價(jià)格便宜、資料豐富、開發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)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(shí)時(shí)處理,形成脫機(jī)系統(tǒng)。針對(duì)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)運(yùn)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(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)模塊(ME),運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)偏移,由MC模塊進(jìn)行圖像拼接完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,最后經(jīng)IC模塊進(jìn)行圖像剪裁輸出。
運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(jì)算第k幀相對(duì)于第k-n幀的運(yùn)動(dòng)偏移量。在第k-n幀的中心位置選擇一個(gè)N×N像素大小的匹配塊,同時(shí)在第k幀上選擇一個(gè)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(duì)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(diǎn)坐標(biāo)的相對(duì)位置(△x,△y),即為兩幀圖像的偏移運(yùn)動(dòng)矢量。
式中,分別為參考圖像和當(dāng)前圖像(i,j)位置的像素強(qiáng)度。
獲得的圖像序列之間的運(yùn)動(dòng)矢量參數(shù)后,糾正當(dāng)前圖像,使其恢復(fù)到正確的位置,獲得相對(duì)穩(wěn)定的圖像序列,然后送到相應(yīng)的顯示裝置或存儲(chǔ)介質(zhì)。
2 穩(wěn)像系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
TMS320C6416是TI公司最新推出的高性能DSP,該器件擁有8個(gè)并行處理單元,工作頻率為600 Hz,最高處理速度可達(dá)4800M/s(MFLOPS)。采用類似RISC的超常指令字(VLIW)結(jié)構(gòu),在最好的情況下,TMS320 C64X系列的DSP在一個(gè)指令周期可同時(shí)執(zhí)行8條32位有效指令,因此可以達(dá)到極高的處理性能。
2.1 系統(tǒng)組成
為適合高速圖像采集與處理,采用CPLD+DSP的應(yīng)用方案,由于DSP只專注數(shù)據(jù)處理,但缺乏控制能力,利用高速邏輯器件CPLD配合DSP完成實(shí)時(shí)任務(wù)控制與處理,是系統(tǒng)的最佳組合。經(jīng)過比較,選用XC95144XL作為CPLD控制器,主處理DSP TMS320C6416系列器件進(jìn)行圖像處理計(jì)算。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
評(píng)論