基于高速DSP的红外图像处理电路研究

基于高速DSP的红外图像处理电路研究

蔡惠斌

广东省电信规划设计院有限公司广东广州510630

摘要：在我国科技水平不断发展的过程中，红外热成像系统在较多的领域当中得到了应用。在本文中，将就基于高速DSP的红外图像处理电路进行一定的研究。

关键词：高速DSP；红外图像；处理电路

1引言

在现今科研、医疗卫生以及军事等领域当中，红外热成像系统得到了较多的应用。对于该系统来说，其核心器件为焦平面阵列，以显示器件以及外部处理电路结合形成的系统。对于红外焦平面阵列来说，其具有着一定的非均匀性，在实际处理图像中，需要对每一帧图像当中的像素都进行非均性校正处理才能够获得好的效果，且焦平面阵列盲元的存在，也需要在非均匀性校正时做好该问题的而考虑。在本研究中，对一种新的红外图像处理系统进行设计。

2系统原理

在本研究当中，使用了TMS320C6201为系统核心，外接数据程序存储器以及A/D、D/A转换电路，在时钟电路以及驱动的作用下，即能够逐个读出焦平面阵列信号，在经过A/D采集之后形成对数字信号的转换，最后实现对双口RAM的输出。该系统具有着较高的采样速率，这就对存储控制系统具有了较高的要求，如果其无法实现数据的及时接收，上次转换数据则将被下个数据覆盖，并因此出现数据的混乱情况。同时，DMA数据在传输时同转换相比速度较低，对此，即需要在DSP以及A/D转换器之间做好数据缓冲器的添加，在本系统中，对DRAM数据缓冲器进行了选择。在系统当中，将盲元替换列表、非均匀性校正偏移量以及增益数据存储在了快速静态存储器当中，当DSP校正每一帧数据时，则将从快速静态存储器当中根据地址查询情况实现数据的读取，并按照一定算数逻辑开展运算，以此对红外图像的盲元以及非均匀校正替换目标进行实现。在完成数据的校正处理之后，则需要将完成处理的数据存储在其他DRAM当中缓冲，以此使转换器能够较好的将数字信号实现对模拟视频信号的转换，并显示在显示器当中。

3系统构成

3.1A/D转换器

在系统当中，A/D转换器的功能即是在电路控制时序下对从UFPA当中传输的数字以及模拟信号进行采集以及转换处理。MAX1421是一种具有低功耗、高性能的12位ADC，其中具有基准电压源的集成，是一种便携式成像系统实际运行当中较为理想的器件类型。对于便携式成像系统来说，其在实际应用当中对动态、线性性能以及频带宽度都具有着较高的要求，且需要具有低功耗的特征。在本系统转换器运行中，在3.3V电源下将以较低的功耗运行，且具有较低的成本。其微分非线性误差为0/5LSB，差分输入跟踪/保持放大器所具有的带宽为400MHz。

3.2驱动电路

在该系统中，对320×240芯片进行了使用，在焦平面上，具有8个电源信号以及6个脉冲信号，其中5个为外置电压，1个热稳定器电源以及2个可调外置电压。在该脉冲驱动电路中，对现场可编程器件CPLD进行了使用，具体信号有积分信号、复位信号以及主时钟信号。其中，主时钟频率同该非制冷焦平面阵列具有相等的输出数据，且同是屁年实际显示格式有关。PAL制品信号方面，其帧频为60Hz，对于每一帧像素新品信号，其具有320有效像素，通过两分频方式进行获得。在实际运行当中，其对于环境也具有着较高的要求，即需要在稳定的温度环境下工作。内部的热稳定器方面，则通过塞贝克效应的应用进行加热或者制冷。当具有较大电流值时，所移去的热量值就越高，且需要保证电路能够对温控精度方面的要求进行满足，即保持在0.01以下。

3.3DSP处理器

在该系统当中，所使用的芯片最短指令周期为0.5ns，其中，每个周期能够实现8条指令的执行，最大处理能力为1600MIPS/s。同时，其使用了32位CPU，具有特殊的VelociTI指令集，能够在一个周期当中对不同的RAM数据进行访问，在对数据采集并行性进行增强对额基础上保证其具有良好的灵活性、运算能力以及并行性。外围设备方面，其包括有主机接口、中断选择器以及DMA控制器，能够以十分便捷的方式同外围设备做好数据交换处理。在本红外图像处理系统中，芯片的功能即是对信号进行盲元探测、非均匀性校正以及替换处理，在该过程中，做好非均匀性校正算法的选取是一项重要工作，将直接对图像处理速度产生影响，关系到处理器是否能够对实时性方面的需求进行满足。就目前来说，两点定标是经常应用到的非均匀校正算法，在实际应用当中具有着较强的实时性特征，能够通过采样查找表方式的应用将非均匀性偏移量以及矫正增益实现在数据存储器当中的存储。在经过A/D转换之后，相关数据在经过RAM缓冲后实现对DSP传输的同时，则将对数据存储器进行寻址处理，以此从存储器当中实现偏移量以及增益量的读出。在负责一系列数据运算工作的同时，DSP芯片也需要同数据存储空间做好对应的数据交换处理。对此，外围存储器对于数据的读取速度以及DSP处理速度则将直接对系统的实时性需求的满足性进行确定。

3.4数据存储器

对于数据存储器来说，其在实际应用当中的功能即是对非均匀性校正系数进行存储，其对于数据的读取速度将直接关系到非均匀性校正运算速度。在本系统中，所选择的DSP具有较快的存取速度，能够对实时性方面的要求进行良好的满足，而对于焦平面阵列来说，如对于每个像素取一个采样点，那么一帧图像数据量即为75K，非均匀性校正增益、盲元列表以及偏移量一共需要225K的数据存储空间，对此，即需要做好数据存储空间的对外扩展处理。同时，因D/A、A/D转换器同DSP数据读取间速度不匹配情况的存在，则需要在几者间做好高速数据缓冲器的设置。目前，经常使用的数据缓存器有SRAM、双口RAM以及FIFO等，其中，SRAM以及双口RAM通常具有较大的存数量，即需要对复杂的地址发生器进行使用。FIFO芯片在运行当中将根据数据顺序进出，且其输出、输入接口具有着独立的特征，则因此在电路设计方面具有简单的特点。但因无法按照地址查询数据，且需要严格按照先入先出的原则输出，在实际软件处理环节则将因此具有了较为复杂的特点。程序存储器方面，同EPROM相比，Flash存储器具有功耗低、体积小以及性价比高的特点，通过其同SDRAM的配合性应用，则能在满足高速读取需求的基础上具有更好的可用性。

4结束语

在上文中，我们对基于高速DSP的红外图像处理电路进行了一定的研究。在未来工作中，还需要对其进行积极的优化完善，更好的满足工作需求。

参考文献：

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