袁祥輝 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：在以pc機(jī)和dsp數(shù)字信號(hào)處理板構(gòu)成的實(shí)時(shí)紅外熱成像系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，闡述了主機(jī)通過pci口與dsp實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換及在windows下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像顯示的技術(shù)。由于通過pci口數(shù)據(jù)交換速度快，在數(shù)據(jù)顯示時(shí)采用直接寫屏和翻頁(yè)技術(shù)，系統(tǒng)可達(dá)到理想圖像實(shí)時(shí)顯示效果。

     關(guān)鍵詞：紅外圖像

     實(shí)時(shí)性 dsp

     隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，紅外熱像儀在軍事、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。由于紅外焦平面固有的非均勻性，在紅外圖像處理過程中，必須對(duì)每幀中的每個(gè)像元進(jìn)行非均性校正處理，才能到較好的效果。因此紅外圖像實(shí)時(shí)處理的數(shù)據(jù)量很大，如256×256的一個(gè)紅外焦平面面陣，像元數(shù)為64k，如果每個(gè)像元用12bit表示，每秒顯示24幀圖像，則每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量高達(dá)2.25mbyte；如果要進(jìn)行校正運(yùn)算，計(jì)算量更大。目前國(guó)內(nèi)的紅外熱成像系統(tǒng)大多采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，用軟件實(shí)現(xiàn)非均勻性校正。由于軟件處理速度慢，很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像，只能對(duì)單幀圖像進(jìn)行處理。

     本文介紹采用pc機(jī)和基本dsp的數(shù)字信號(hào)處理板（數(shù)字板）構(gòu)成的主從式成像系統(tǒng)。由于非均勻性校正的典型算法是乘累加，在一般計(jì)算機(jī)上處理速度比較慢。dsp具有高速數(shù)據(jù)處理能力，采用dsp進(jìn)行圖像處理的運(yùn)算，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)的顯示，正好發(fā)揮軟硬件的特長(zhǎng)，從而提高了系統(tǒng)的運(yùn)算速度。

     1 系統(tǒng)組成及基本原理

     一個(gè)完整的紅外成像系統(tǒng)不但要具備圖像信號(hào)的采集功能，還要能對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，且要完成圖像信號(hào)的分析及處理算法（如非均勻性校正等）。通常這些算法的運(yùn)算量大，再加上要滿足實(shí)時(shí)顯示的要求，因此采用高速dsp芯片作為數(shù)據(jù)核心處理單元。另外，要求系統(tǒng)滿足通用性的同時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用和不斷出現(xiàn)的新處理方法，還要求系統(tǒng)例于功能的改進(jìn)和擴(kuò)展。為此，我們以pc機(jī)為主機(jī)，以ti公司的dsp（tms320c6201）為輔助機(jī)作為數(shù)字信號(hào)處理板的核心[1～2]，設(shè)計(jì)出紅外圖像處理系統(tǒng)。圖1是基于dsp的實(shí)時(shí)紅外熱成像系統(tǒng)的原理圖。

     1.1 tms320c6201的優(yōu)點(diǎn)[3]

     tms320c6201是tms320c6x系列中的高速定點(diǎn)數(shù)字處理芯片，是ti公司二十世紀(jì)90年代后期的最新一代dsp產(chǎn)品。每秒最大處理能力為1600mips，具有特殊的velociti結(jié)構(gòu)獨(dú)特的指令集，從而保證了它強(qiáng)大的運(yùn)算能力、高度的并行性和良好的靈活性。同時(shí)其外圍設(shè)備包括dma控制器、主機(jī)接口（hpi）、中斷選擇器，能夠很方便快速地與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

     1.2 系統(tǒng)組成原理

     系統(tǒng)由模擬信號(hào)板、數(shù)字信號(hào)處理板，pc機(jī)三部分構(gòu)成。模擬信號(hào)用于進(jìn)行信號(hào)提取，包括irfpa、驅(qū)動(dòng)信號(hào)源、前置放大器。irfpa由信號(hào)驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)，根據(jù)外部紅外光線的感應(yīng)強(qiáng)度，輸出窗形波的模擬信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后與數(shù)字信號(hào)處理板相連。

     數(shù)字信號(hào)算是板由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩部分組成。數(shù)據(jù)采集部分以一片fpga構(gòu)成控制器，用于控制整個(gè)處理板的時(shí)間同步和選擇存儲(chǔ)器及圖像預(yù)處理等。數(shù)據(jù)處理部分包括一片dsp，一片雙口ram和兩片ram（sram和sbsram，分別用于靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)）。在圖像采集中，模擬信號(hào)進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器之后，由fpga提供采樣控制，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)存入雙口ram，它為dsp提供數(shù)據(jù)。校正的參數(shù)放在主程序中，用以對(duì)圖像進(jìn)行校正，同時(shí)主程序還要進(jìn)行其它運(yùn)算，以便生成dsp處理后的圖像。dram和sbsram為dsp在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過程中提供存儲(chǔ)空間。經(jīng)過處理之后的數(shù)據(jù)可通過pci接口與主機(jī)交換數(shù)據(jù)。

     數(shù)字板通過pci卡與計(jì)算機(jī)相連，由于pci總線具有高速數(shù)據(jù)交換的優(yōu)點(diǎn)（120mbyte/s），足以滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的要求。數(shù)據(jù)通過dsp的hpi口，經(jīng)由pci口與pc機(jī)相連。pc機(jī)讀取數(shù)字板上任意存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)，再由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。dsp的運(yùn)行程序由pc機(jī)通過pci口加載到dsp上運(yùn)行。

     2 數(shù)據(jù)的交換及windows下數(shù)