基于DSP与双目CMOS摄像头的数字图像处理系统

　　本系统的自动曝光控制和白平衡处理实现方法如下:

　　采集一帧RGB原始图像,在6711B中先计算出整幅图像亮度的均值m(Y);然后对图像做直方图均衡化,再计算出此时图像的亮度均值并作为一个阈值Yt。将m(Y)与Yt进行比较,如果m(Y) < Yt,则调大HV7131R的INT(Integration Time)寄存器的值以增加曝光时间;反之,减小曝光时间。白平衡的调节与此相似,根据原始图像与均衡化后的Cr和Cb的均值,通过HV7131R的RCG(Red一体电感 Color Gain)、BCG(Blue Color Gain)调节红色、蓝色通道的增益。YCrCb和RGB的转换关系式为:

Y=0.59G+0.31R+0.11B
Cr=0.713×(R-Y)
Cb=0.564×(B-Y)
其中,Y是亮度分量,Cr和Cb则是色差分量。

　　HV7131R的曝光时间范围为0～(224-1)个像素时钟周期,即0～1.34s@12.5MHz;增益范围一般为30～63。试验结果表明,经过5～10次的迭代就能取得较为理想的效果。上述过程示意图以及成像效果如图3和图4所示。

图3 曝光控制和白平衡处理

图4 成像效果

2.3 图像传输模块

　　本系统图像传输模块采用IEEE1394高速串行总线。1394总线支持点对点通信、即插即用和热插拔,有等时和异步两种传输模式,速率高达400Mbps,最大有效距离为4.5m。1394线缆可以提供8V～40V的DC电压以及最高可达1.5A的电流,完全满足整个系统的供电需求。该模块主要包括链路层和物理层两个控制器。

2.3.1链路层控制器(LLC)

　　TSB12LV32具有2KB的通用接收FIFO(GRF)与2KB的通用发送FIFO(ATF),支持异步传输与等时传输。微控制器接口支持8/16位的数据宽度,工作时钟最高达60MHz。TSB12LV32提供DMA方式,待发送数据边读取边传送,传输效率较高。

2.3.2 物理层控制器(PLC)

　　TSB41AB3提供三个1394端口,3.3V单独供电,符合1394a标准,支持等时传输和异步传输,支持100/200/400Mbps的传输速率,可以与TSB12LV21、TSB12LV31、TSB12LV32、TSB12LV41或TSB12LV01A等链路层控制器实现无缝连接,具有较高的通信速率与可靠性。

　　本系统为了便于调试,PC机被设定为根节点控制器,应用程序和硬件通过驱动程序进行交互。Win32应用程序通过设备驱动程序、总线驱动程序、端口驱动程序与1394设备进行通信,如图5所示。

图5 主机与1394设备之间的通信

　　其中,1394总线驱动程序和端口驱动程序处理所有繁琐的底层通信,只需提供设备驱动程序。LLC和PLC的内部寄存器通过6711B设置,设备的发现与识别、驱动程序的安装、1394总线的初始化等也需要6711B的控制和响应。

　　本系统图像的最大数据量为640×480×30×2=18.4Mbps,1394a最高支持400Mbps的传输速率,图像实时传输不需要经过压缩。实际传输过程中,为确保每帧图像的完整,采用异步传输模式,图像序列之间加入了帧同步信号,使带宽利用率有所下降,最终的实测速率为20fps@640×480。该系统采用32位浮点DSP和大容量、多I/O口的高速FPGA,数据处理能力强,电路设计灵活,为今后运动目标检测与跟踪算法的研究工字电感器提供了软硬件支持。

参考文献

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