TMS320DM642在移動(dòng)平臺(tái)ATP技術(shù)中的應(yīng)用

DM642首先啟動(dòng)視頻解碼器TVP5150APBS，捕獲并解碼CCD攝像頭的每一幀視頻信號(hào)，然后讀取并存儲(chǔ)在SRDRAM中，然后處理所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并提取信標(biāo)光坐標(biāo)，通過UART將相應(yīng)信息實(shí)時(shí)反饋給控制部分，同時(shí)輸出處理的數(shù)據(jù)，經(jīng)視頻編碼器SAA7104編碼，經(jīng)VPout端口輸出顯示。
由于DM642功能強(qiáng)大，其應(yīng)用電路涉及到大量外圍電路，因此整個(gè)圖像處理電路VCM相當(dāng)復(fù)雜，限于篇幅原因，這里只給出電源部分電路，以供參考。VCM采用12 V直流電源供電，經(jīng)DC／DC轉(zhuǎn)換器TPS54350PWP轉(zhuǎn)換成3.3V直流電壓作為DM642的電源，由于DM642工作在600 MHz的高頻率下，因此對(duì)電源穩(wěn)定性要求極高，其電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
當(dāng)CCD采集的視頻信號(hào)通過DM642的視頻輸入端口進(jìn)入視頻處理單元模塊，若發(fā)現(xiàn)信標(biāo)光不在視場(chǎng)中，則執(zhí)行光柵螺旋掃描算法，直到信標(biāo)光進(jìn)入視場(chǎng)，此時(shí)圖像處理模塊將提取出信標(biāo)光光斑的坐標(biāo)通過串口發(fā)送給電機(jī)控制模塊，電機(jī)控制模塊根據(jù)接收的信標(biāo)光坐標(biāo)信息對(duì)二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行基于增量式PID跟蹤算法控制，該過程不斷反復(fù)，直到信標(biāo)光光斑始終保持在視場(chǎng)的中心位置，則建立通信鏈路，從而實(shí)現(xiàn)通信；另外，若信標(biāo)光一開始就位于視場(chǎng)，則直接進(jìn)入跟蹤過程，且整個(gè)掃描和跟蹤過程是相互嵌套的。跟蹤過程中一旦目標(biāo)突然從視場(chǎng)中丟失，則系統(tǒng)則轉(zhuǎn)去執(zhí)行掃描過程，直到再次發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。整個(gè)ATP控制過程主要由掃描、捕獲和跟蹤3部分組成。圖4示出軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖。

3．1 信標(biāo)光坐標(biāo)閾值提取算法
系統(tǒng)首先采用直方圖法確定信標(biāo)光坐標(biāo)提取的閾值，具體做法：將CCD采集的MxN像素的黑白圖像存入數(shù)據(jù)緩存器，以灰度值(O～255)為x軸，以該灰度值的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為y軸。由于背景和目標(biāo)灰度值的不同，必然在坐標(biāo)系中形成兩個(gè)峰值，在兩峰值之間選取像素點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的灰度值為閾值，可以使目標(biāo)和背景分割誤差最小。
3．2 信標(biāo)光坐標(biāo)質(zhì)心算法
DM642必須精確地從目標(biāo)圖像提取目標(biāo)位置信息。常用的定位算法：質(zhì)心算法、形心定位法、峰值定位法、匹配定位法和投影中心法。質(zhì)心算法的精度高、且算法簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用質(zhì)心來定位目標(biāo)。質(zhì)心法反映了目標(biāo)的能量的分布狀況。該方法在理想的情況下定位精度小于0．05個(gè)像素，且適用的光斑范圍大。

4 結(jié)論
在脫離PC機(jī)情況下對(duì)移動(dòng)平臺(tái)信標(biāo)光的捕獲與跟蹤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用載有信標(biāo)光的小車以不同速率在已設(shè)計(jì)的線路上運(yùn)動(dòng)，控制器控制二軸電控轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行光柵螺旋掃描，一旦捕獲信標(biāo)光則轉(zhuǎn)入到跟蹤狀態(tài)并鎖定目標(biāo)。如果信標(biāo)光突然脫離CCD視場(chǎng)，程序?qū)⒆詣?dòng)重新進(jìn)入掃描捕獲狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)跟蹤角速度范圍是0～lOrad／s，跟蹤精度優(yōu)于0．5mrad，基本達(dá)到移動(dòng)平臺(tái)ATP技術(shù)粗跟蹤要求，也進(jìn)一步證明基于DM642的移動(dòng)平臺(tái)ATP技術(shù)在衛(wèi)星和航空航天等大容量通信方面具有更大的應(yīng)用潛力，特別是在改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng)若在靈活性和實(shí)時(shí)性以及算法，將使ATP系統(tǒng)跟蹤精度進(jìn)一步提高。