基于DSP的嵌入式數(shù)字?jǐn)z像夜間能見度測量系統(tǒng)

摘要：數(shù)字攝像夜間能見度儀的關(guān)鍵技術(shù)之一在于高速、實(shí)時(shí)地處理CCD采集的目標(biāo)光源和黑體的圖像信息。設(shè)計(jì)了一種基于TMS320DM642的小型化、便攜嵌入式能見度測量系統(tǒng)，從硬件和軟件上給于實(shí)現(xiàn)，并將其應(yīng)用到數(shù)字攝像夜間能見度測量中。利用CCD采集25幀／s的PAL制視頻流，數(shù)字化后送入DSP處理器，通過DSP實(shí)現(xiàn)目標(biāo)光源與黑體的圖像分割與定位算法，完成數(shù)字攝像夜間能見度的測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)能較好完成夜間能見度的測量。
關(guān)鍵詞：DSP；圖像處理；夜間能見度；嵌入式系統(tǒng)

0 引言
能見度是氣象觀測中的重要參數(shù)，其對于航空航天、鐵路、公路等具有重要的應(yīng)用價(jià)值。數(shù)字?jǐn)z像法是根據(jù)能見度定義以及人眼視覺閾值效應(yīng)自動獲得能見度值的，是一種較為新型的探測能見度的方法。其基本思路是通過直接處理攝像機(jī)(CCD)攝取的選定目標(biāo)物的圖像，分析亮度信息來獲得能見度數(shù)值。文章研究了雙光源攝像法夜間能見度測量方法，設(shè)計(jì)了基于DSP的小型化嵌入式系統(tǒng)，從硬件和軟件設(shè)計(jì)兩方面
對系統(tǒng)進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了夜間能見度的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)可以用于夜間能見度的觀測。

1 數(shù)字?jǐn)z像法探測夜間能見度原理
采用雙光源法開展夜間能見度探測的原理如圖1所示。

分別為光源1，2，黑體1，2的視亮度；D1和D2分別為光源1，2距攝像機(jī)的距離。
再根據(jù)人眼視覺閾值效應(yīng)得到能見度值為D=ln(1／0．02)／σ。

2 嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)其主要由目標(biāo)光源與黑體、攝像機(jī)和信號處理平臺組成。信號處理平臺完成信號的圖像采集、分割與能見度計(jì)算功能。本文設(shè)計(jì)了一套以TMS320DM642為核心，結(jié)合CY37064P100，TVP5150PBS，SAA7121，DMT32240T035_01WN的圖像實(shí)時(shí)采集與處理平臺。該平臺完成圖像的采集與分割定位的處理，目標(biāo)光源與目標(biāo)黑體的視亮度以及能見度值的計(jì)算。圖2為系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖。

采用PAL制式的攝像頭提供25幀／s的視頻流。CCD采集圖像并通過視頻解碼芯片將輸入視頻流轉(zhuǎn)化為8位ITU-R BT．656格式視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)過DSP圖像處理得到能見度的數(shù)值。再通過DM642擴(kuò)展的串口通信電路與帶串口的液晶屏通信，把能見度數(shù)值顯示在液晶屏上。同時(shí)視頻編碼芯片將DSP處理后的BT．656格式的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為PAL制式的視頻信號，通過監(jiān)視器顯示處理后的目標(biāo)光源和目標(biāo)黑體的圖像。