基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數字視頻消旋系統設計

摘要：針對探測器姿態(tài)變化造成的視頻圖像旋轉，提出一種基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數字視頻消旋系統。該系統利用TMS320C6713B計算圖像旋轉后各點(diǎn)的位置，再利用FPGA進(jìn)行地址映射，得到圖像旋轉后各點(diǎn)對應的灰度值。實(shí)驗證明該系統能夠實(shí)時(shí)消除視頻圖像的旋轉，且消旋后的圖像清晰穩定，滿(mǎn)足實(shí)際應用要求。
關(guān)鍵詞：TMS320C6713B；圖像旋轉；仿射變換；APAl50

在機載電視紅外攝像與瞄準過(guò)程中，由于電視紅外攝像框架的橫滾運動(dòng)而引起光學(xué)系統和成像器件相對載機運動(dòng)，從而造成圖像的旋轉；在許多光學(xué)瞄準器、紅外吊艙系統以及測量定標系統中，為了消除由于探測器的姿態(tài)變化而引起的圖像旋轉，時(shí)常要對光學(xué)探測器所獲取的目標圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)反旋轉變換，恢復圖像的穩定狀態(tài)，以便準確地對目標圖像進(jìn)行自動(dòng)識別和跟蹤?？紤]到實(shí)時(shí)性，目前文獻基本上都是以FPGA為核心設計的，這里提出一種基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數字視頻消旋系統，將仿射變換計算方法進(jìn)行優(yōu)化應用到系統中，有效地消除了視頻圖像的旋轉運動(dòng)，達到了穩定圖像的目的。

1 系統算法設計
對圖像進(jìn)行消旋，實(shí)際上是根據已知圖像的旋轉角度，將該圖像按照同樣的角度進(jìn)行反旋轉，從而達到消除圖像旋轉影響的目的。因此，圖像消旋算法的本質(zhì)是圖像的旋轉計算，即由原圖像旋轉一個(gè)角度得到目標圖像。
結合實(shí)際應用，假設載體的運動(dòng)導致連續兩幀圖像間存在的全局運動(dòng)表現為平移和繞光軸的旋轉，也即連續兩幀圖像間可以用線(xiàn)性變換來(lái)表征。因此，采用仿射變換來(lái)建立圖像運動(dòng)模型。
若(X1，Y1)，(X2，Y2)分別是參考幀與當前幀圖像中相互對應的配準點(diǎn)，則它們之間的運動(dòng)表達式

式中，θ是配準點(diǎn)之間的旋轉角△X，△Y分別為配準點(diǎn)在橫向和縱向上的偏移。
對式(1)進(jìn)行優(yōu)化，假設輸出圖像中水平相鄰2個(gè)像素點(diǎn)(x，y)和(x+1，y)，則經(jīng)仿射變換后在輸入圖像中有對應的2點(diǎn)(u1，v1)和(u2，v2)。不難推導，有如下關(guān)系式成立：

同理假設輸出圖像中垂直相鄰2個(gè)像素點(diǎn)(x，y)和(x，y+1)，則經(jīng)仿射變換之后在輸入圖像中有對應的2點(diǎn)(u1，v1)和(u3，v3)，有如下關(guān)系式成立：

從式(2)和式(3)中可以看出，輸出圖像中經(jīng)變換后的兩點(diǎn)坐標差與輸入源圖像中相鄰兩點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)。只要計算一次仿射變換就可以采用增量法來(lái)求出仿射變換后的所有點(diǎn)的精確位置。因此，圖像的第一個(gè)點(diǎn)要用到完整的仿射變換公式

進(jìn)行計算，后面的點(diǎn)只計算兩個(gè)浮點(diǎn)加法就可以獲得一個(gè)仿射變換點(diǎn)的精確位置。獲得精確的位置后，利用最鄰近像素法計算圖像灰度，只需要對計算后的坐標位置四舍五入得到整數坐標值，利用該坐標來(lái)獲取相應點(diǎn)的灰度值即可。