基于TMS320DM642在移動(dòng)平臺ATP技術(shù)中的應用

2．2 圖像處理硬件設計

該系統設計的圖像處理模塊采用DM642作為圖像處理核心器件以及其外圍電路組成的視頻通訊模塊(VCM)完成CCD視頻信號的采集和處理。VCM是由視頻處理單元、音頻處理單元、SDRAM、Flash、UART、以及網(wǎng)、I2C、JTAG單元等，其中視頻處理單元主要由DM642、視頻解碼器TVP5150APBS、視頻編碼器SAA7104、同步動(dòng)態(tài)存儲器SDRAM以及控制部分的通信器件UART等組成，如圖2所示。

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，然后讀取并存儲在SRDRAM中，然后處理所存儲的數據并提取信標光坐標，通過(guò)UART將相應信息實(shí)時(shí)反饋給控制部分，同時(shí)輸出處理的數據，經(jīng)視頻編碼器SAA7104編碼，經(jīng)VPout端口輸出顯示。

由于DM642功能強大，其應用電路涉及到大量外圍電路，因此整個(gè)圖像處理電路VCM相當復雜，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轉換器TPS54350PWP轉換成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，因此對電源穩定性要求極高，其電路如圖3所示。

3 系統軟件設計

當CCD采集的視頻信號通過(guò)DM642的視頻輸入端口進(jìn)入視頻處理單元模塊，若發(fā)現信標光不在視場(chǎng)中，則執行光柵螺旋掃描算法，直到信標光進(jìn)入視場(chǎng)，此時(shí)圖像處理模塊將提取出信標光光斑的坐標通過(guò)串口發(fā)送給電機控制模塊，電機控制模塊根據接收的信標光坐標信息對二軸電控轉動(dòng)平臺執行基于增量式PID跟蹤算法控制，該過(guò)程不斷反復，直到信標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)現通信；另外，若信標光一開(kāi)始就位于視場(chǎng)，則直接進(jìn)入跟蹤過(guò)程，且整個(gè)掃描和跟蹤過(guò)程是相互嵌套的。跟蹤過(guò)程中一旦目標突然從視場(chǎng)中丟失，則系統則轉去執行掃描過(guò)程，直到再次發(fā)現目標。整個(gè)ATP控制過(guò)程主要由掃描、捕獲和跟蹤3部分組成。圖4示出軟件設計主程序流程圖。

3．1 信標光坐標閾值提取算法

系統首先采用直方圖法確定信標光坐標提取的閾值，具體做法：將CCD采集的MxN像素的黑白圖像存入數據緩存器，以灰度值(O～255)為x軸，以該灰度值的像素點(diǎn)個(gè)數為y軸。由于背景和目標灰度值的不同，必然在坐標系中形成兩個(gè)峰值，在兩峰值之間選取像素點(diǎn)個(gè)數最少的灰度值為閾值，可以使目標和背景分割誤差最小。

3．2 信標光坐標質(zhì)心算法

DM642必須精確地從目標圖像提取目標位置信息。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，該系統設計選用質(zhì)心來(lái)定位目標。質(zhì)心法反映了目標的能量的分布狀況。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 結論

在脫離PC機情況下對移動(dòng)平臺信標光的捕獲與跟蹤進(jìn)行實(shí)驗。利用載有信標光的小車(chē)以不同速率在已設計的線(xiàn)路上運動(dòng)，控制器控制二軸電控轉動(dòng)平臺進(jìn)行光柵螺旋掃描，一旦捕獲信標光則轉入到跟蹤狀態(tài)并鎖定目標。如果信標光突然脫離CCD視場(chǎng)，程序將自動(dòng)重新進(jìn)入掃描捕獲狀態(tài)。

實(shí)驗表明，系統跟蹤角速度范圍是0～lOrad／s，跟蹤精度優(yōu)于0．5mrad，基本達到移動(dòng)平臺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ATP技術(shù)在衛星和航空航天等大容量通信方面具有更大的應用潛力，特別是在改進(jìn)和優(yōu)化系統若在靈活性和實(shí)時(shí)性以及算法，將使ATP系統跟蹤精度進(jìn)一步提高。