基于CPLD+DSP的实时数字图像稳定系统设计方案

数字图像稳定是图像序列处理中得一项重要的前处理步骤。早期的方法是对摄像机本身的机械和光路进行稳定，随着数字技术的发展，可以对采集到的图像进行处理，使图像在显示器上能够稳定地显示，同时也为了更好地为后续处理提供稳定的图像序列，如图像拼接、图像增强、信息融合、目标追踪、目标识别等各种图像处理技术的综合运用。在实现实时图像稳定系统方面，由于图像计算量大，必须选用高性能数字信号处理器。目前实现实时图像处理的主要方式有4种：1）基于通用PC机；2）基于通用DSP；3）基于专用或多DSP；4）基于可编程FPGA或DSP+FPG。在通用PC机上可方便地进行各种图像算法的仿真试验，但是这种方法只能在实验室进行，难以现场应用。其中基于通用DSP这种方案的优点在于，价格便宜、资料丰富、开发相对简单，并且处理速度也随着器件性能提高，已经能满足图像稳定所需要的实时处理，形成脱机系统。针对实时数字图像稳定处理，介绍一种采用高性能系列的DSP C6416，开发出一套数字图像处理系统。该系统采用双口RAM作为高速数据输入输出缓冲通道，由CPLD进行系统的逻辑控制，DSP的EDMA完成数据的片内片外传送，通过配置和软件优化，最终完成了系统的高度实时运行。
　　1 稳像方法和步骤
　　数字图像稳定处理过程主要由3部分组成：运动矢量估计模块（ME），运动矢量补偿模块（MC）和图像序列合成模块（IC）。通过ME模块找到帧间运动偏移，由MC模块进行图像拼接完成运动补偿，最后经IC模块进行图像剪裁输出。
　　运动矢量估计模块中，通过比较当前图像和参考图像中相同的部分，找到两帧图像问的偏移量，即运动矢量，广泛应用于视频处理与编码，如图1所示。
　　
　　图1中用实线所画的方框表示匹配块，虚线所画的方框表示搜索窗。假定第k帧为当前帧，为了计算第k帧相对于第k-n帧的运动偏移量。在第k-n帧的中心位置选择一个N×N像素大小的匹配块，同时在第k帧上选择一个M×M（M》N）大小的搜索窗，搜索窗的中心位置与第k帧的匹配块中心位置重合，通过用式（1）比较两幅图像间所有相应像素间绝对差的累和VSAD（Sum of Absolute Difference），在搜索窗内找出和匹配块图像最匹配的位置，即VSAD最小值的位置。该匹配位置坐标和搜索窗中心点坐标的相对位置（△x，△y），即为两帧图像的偏移运动矢量。