基于DSP和FPGA的电视观瞄系统设计

　　电视观瞄系统以FPGA为处理核心，实现红外数字视频信号的实时图像处理，DSP实现了部分的图像处理算法和FPGA的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储

　　引言

　　许多光学观瞄系统都增加了电视、红外辅助(周视)观瞄系统，称之为光电观瞄系统。在该系统中，需要用电视或红外成像来精确瞄准目标，但光电系统所在的平台总是处于运动状态，成像器件产生的图像也就随之运动，通过CCD成像器件或红外成像器件得到的图像不能保证观瞄精度。因此，克服平台运动造成的成图像旋转是解决观瞄精度的关键技术之一。目前的常用方法是机械消像旋，很多要求较高的光学系统仍然采用该方案，随DSP及FPGA的广泛应用，电子消像旋也应用到了光学观瞄系统上。

　　这两种方案各有优缺点：机械消像旋可以保证视场不受影响，观瞄精度由成像器件和光学系统决定，缺点是需要一套精密的机械控制系统，对小型化的光学观瞄系统而言，有时很难满足该机械装置对空间的需求;电子消像旋克服了对精密机械装置的要求，可以把处理模块安装在系统的电子箱中，实时性好，无机械延迟，缺点是会损失边缘部分的视场、观瞄精度不仅受光学系统及成像器件的影响，而且与旋转算法、插值算法及插值精度有关。尽管如此，电子消像旋平台为使用图像处理技术和数字信号处理技术提供了充分的条件，随着微电子技术的迅猛发展，设计优秀的光电观瞄系统不仅能够满足系统对精度的要求，还能够利用图像处理技术大大改善观瞄的视觉效果，同时可以完成许多数字信号处理方面的工作，如：目标识别跟踪、远程通信、信息管理等重要的功能。

　　本文介绍的电子消像旋系统采用Altera公司的StratixII系列FPGA芯片和ADI公司的ADSP2183为核心，可以满足系统对功能、实时性及精度的要求。

　　系统原理与基本结构

　　电视观瞄系统组成框图如图1所示。系统由红外热像仪、主图像处理板、DC/DC与差分转换板、总线母板、控制接口板、显示屏等部分组成。

　　首先，红外热像仪生成观瞄场景的数字视频图像数据，以LVDS信号传送到系统总线。这里采用LVDS视频信号，主要是考虑本电视观瞄系统要求在非常苛刻的物理环境下工作，而LVDS方式具有良好的抗电磁干扰(EMI)能力，能够很好地保证视频信号在较长距离条件下的传输质量。该消旋处理模块共包含四个功能单元：(1)DC/DC转换、LVDS与LVTTL相互转换单元;(2)系统控制接口单元;(3)图像处理单元;(4)其他单元。功能单元(1)完成系统电源及LVDS数字差分视频到LVTTL数字视频的转换;系统控制单元(2)包含两路串行接口和数据交换邮箱，完成信息交换;功能单元(3)是系统的核心部分，它实现对图像的处理及保证精度的要求;单元(4)主要是系统电磁兼容性方面的设计及数据存储单元。