基于fpga的电子稳像平台的研究[doc]-基于fpga的电子稳像平台的研究.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：基于FPGA的电子稳像平台的研究摘要：分析了传统电子稳像平台的缺陷研究并设计了基于FPGA的专用平台。针对该平台研制过程中所涉及的一些关键问题进行了详尽的分析与探讨给出了可行的解决办法。实验结果表明该平台工作稳定扩展性好。关键词：视频处理电子稳像FPGA电子摄像系统已广泛应用于军用及民用测绘系统中但是效果受到其载体不同时刻姿态变化或震动的影响。当工作环境比较恶劣尤其是在航空或野外操作时支撑摄像机平台的震动会引起图像画面的抖动令观察者视觉疲劳从面产生漏警和虚警。所以在运行中如何稳像成为十分重要的问题特别是在长焦距、高分辨力的监视跟踪系统中更加突出。具璞蒿、实性性强、体积小巧等特点得到更广泛的应用。稳像系统的反应速度是电子稳像要解决的关键技术之一。传统的基于“摄像机-图像采集卡-计算机”模式的稳像系统、图像检测和匹配算法全部由计算机以软件方式实现。尽管当今计算机的性能很高能够部分满足单传感器电子稳系统的实时处理要求但在以下几个方面有着难以解决的问题：首先其固有的串行工作方式使得单计算机难以适应其于多传感器视频处理系统的实时稳像阻碍了在实际中的应用adw欠传统的图像采集卡中能将采集图像数据实时传输给计算机而不能传输给标准接口的视频监视设备lk之很多应用场合对听要求很高。因此研制专用的电子稳像平台既能实时地高速获取视频数据又能将数据实时地传后续的图像处理系统既有实际意义又有工程价值。1系统涉及的关键技术摄像头输入的PAL制式电视信号首先通过视频处理接口完成对其解码、同步和数字化的工作数字化后的图像信息进入到由FPGA实现的帧存控制器中完成数据的交换（数据的缓冲）同时完成系统要求的去隔行和放大的操作最后处理好的数据通过VGA控制器完成时序变化经视频、A变为模拟信号送到VGA监视器上实时显示。1.1视频处理接口由于在进行视频处理时多为从摄像头输入模拟信号如NTSC或PAL制式电视信号除图像信号外还包括行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号等。因而对视频信号进行A/D转换的电路也非常复杂。Philips公司将这些转换电路集成到了一块芯片中从而生产出功能强大的视频输入处理芯片SAA7111为视频信号的数字化应用提供了极大的方便。系统设计采用SAA7111对复合信号进行采样、同步产生、亮色分离并输出标准的数字化信号。SAA7111输出的数字化图像信息符合CCIR.601建议PAL制式的模拟信号数字化后的图像分辨率为720×572像素时钟13.5MHz。在本稳像系统中要求图像输出符合VGA（640×48060Hz）标准因此在采集数据时要对数据进行选择避开行、场消隐信号和部分有效像素信息在较大的图像中截取所需要的大小。SAA7111向帧存控制电路输出像素时钟（LCC2）、水平参数（HREF）、垂直参考（VREF）、奇偶场标志信号（ODD）和16位像素信息（RGB565）.其中LCC2用来同步整个采集系统；HREF高电平有效对应一行720个有效像素；VREF高电平有效对应一场信号中的286个有效行；ODD=1时标志当前场为奇数场；ODD=0时标志当前场为偶数场。采用16位RGB表示每个像素的彩色信息。图1（a）为数字化图像中的一行像素的时序图。其中两个HREF分别表示有效行的起始与结束位置实际为一个信号；可以清楚地看到一行中有效的720个像素与像素时钟LLC2的对应关系在采集时通过帧存器控制电路选择其中部的640个像素进行采集。图1（b）为一帧数字图像的输出时序图。可以看到在第624～22行时VREF处于无效状态因此在后续的采集中这部分的信息不予处理并通过ODD的电平区分奇偶场数据。1.2去隔行支持PAL制电视信号采用隔行扫描机制采用人眼的视觉暂留来实现两场1/50s扫描312.5行的图像构成625行（一帧）图像。而标准的VGA显示模式采用逐行扫描方式在一个扫描周期内实现对图像的完全扫描。因此需要对视频信号进行去隔行处理。视频信号在经过缓冲后按照取样时钟把经过模数转换的数字信号送入存储器缓存通过数据内插的方法进行数据扩展即相邻行之间按照一定的算法进行加权从而得到内插行的数据再以适当的速度读取处理后的数据即可实现倍行频/倍场频的扫描。倍行频扫描可以消除行间的闪烁现象倍场频扫描虽然行扫描频率不变但是场频加倍即能消除行间闪烁现象还可以消除场间的大面积闪烁。去隔行问题的实质就是在每一场中填补被跳过的那些行其过程如图2所示。实际上为实现去隔行已经提出了很多简单的滤波器。一种选择是用同一场中的垂直内插值这是个一维二倍上转换的问题。理想的垂直滤波器是一个半带低通滤波器。然而这个滤波器要求无限长度冲击响应是不