基于FPGA的电子稳像平台的研究

1、基于基于 FPGAFPGA 的电子稳像平台的研究的电子稳像平台的研究摘要：摘要：分析了传统电子稳像平台的缺陷，研究并设计了基于 FPGA 的专用平台。针对该平台研制过程中所涉及的一些关键问题进行了详尽的分析与探讨，给出了可行的解决办法。实验结果表明该平台工作稳定，扩展性好。;mso-hansi-font-family: Times New Roman关键词：关键词：视频处理 电子稳像 FPGA电子摄像系统已广泛应用于军用及民用测绘系统中，但是效果受到其载体不同时刻姿态变化或震动的影响。当工作环境比较恶劣，尤其是在航空或野外操作时，支撑摄像机平台的震动会引起图像画面的抖动，令观察者视觉疲劳，从面

2、产生漏警和虚警。所以在运行中，如何稳像成为十分重要的问题，特别是在长焦距、高分辨力的监视跟踪系统中更加突出。具璞蒿、实性性强、体积小巧等特点，得到更广泛的应用。图图 1 1稳像系统的反应速度是电子稳像要解决的关键技术之一。传统的基于“摄像机-图像采集卡-计算机”模式的稳像系统、图像检测和匹配算法全部由计算机以软件方式实现。尽管当今计算机的性能很高，能够部分满足单传感器电子稳系统的实时处理要求，但在以下几个方面有着难以解决的问题：首先，其固有的串行工作方式使得单计算机难以适应其于多传感器视频处理系统的实时稳像，阻碍了在实际中的应用 adw 欠，传统的图像采集卡中能将采集图像数据实时传输给计算机，

3、而不能传输给标准接口的视频监视设备 lk 之很多应用场合对听要求很高。因此，研制专用的电子稳像平台，既能实时地高速获取视频数据，又能将数据实时地传后续的图像处理系统，既有实际意义又有工程价值。1 1 系统涉及的关键技术系统涉及的关键技术摄像头输入的 PAL 制式电视信号首先通过视频处理接口完成对其解码、同步和数字化的工作，数字化后的图像信息进入到由 FPGA 实现的帧存控制器中，完成数据的交换（数据的缓冲），同时完成系统要求的去隔行和放大的操作，最后处理好的数据通过 VGA 控制器，完成时序变化，经视频、A 变为模拟信号送到 VGA 监视器上实时显示。图图 3 31.1 视频处理接口由于在进行

4、视频处理时，多为从摄像头输入模拟信号，如 NTSC 或 PAL 制式电视信号，除图像信号外，还包括行同步信号、行消隐信号、场同步信号、场消隐信号以及槽脉冲信号等。因而对视频信号进行 A/D 转换的电路也非常复杂。Philips 公司将这些转换电路集成到了一块芯片中，从而生产出功能强大的视频输入处理芯片 SAA7111，为视频信号的数字化应用提供了极大的方便。系统设计采用 SAA7111 对复合信号进行采样、同步产生、亮色分离并输出标准的数字化信号。SAA7111 输出的数字化图像信息符合 CCIR.601 建议，PAL制式的模拟信号数字化后的图像分辨率为 720572，像素时钟 13.5MHz

5、。在本稳像系统中要求图像输出符合 VGA（640480，60Hz）标准，因此在采集数据时要对数据进行选择，避开行、场消隐信号和部分有效像素信息，在较大的图像中截取所需要的大小。SAA7111 向帧存控制电路输出像素时钟（LCC2）、水平参数（HREF）、垂直参考（VREF）、奇偶场标志信号（ODD）和 16 位像素信息（RGB565）.其中 LCC2 用来同步整个采集系统；HREF 高电平有效，对应一行720 个有效像素；VREF 高电平有效，对应一场信号中的 286 个有效行；ODD=1时，标志当前场为奇数场；ODD=0 时，标志当前场为偶数场。采用 16 位 RGB 表示每个像素的彩色信息

6、。图 1（a）为数字化图像中的一行像素的时序图。其中两个 HREF 分别表示有效行的起始与结束位置，实际为一个信号；可以清楚地看到一行中有效的 720 个像素与像素时钟 LLC2 的对应关系，在采集时通过帧存器控制电路选择其中部的 640 个像素进行采集。图 1（b）为一帧数字图像的输出时序图。可以看到在第 62422 行时，VREF 处于无效状态，因此在后续的采集中，这部分的信息不予处理并通过 ODD 的电平区分奇偶场数据。图图 4 41.2 去隔行支持PAL 制电视信号采用隔行扫描机制，采用人眼的视觉暂留来实现两场 1/50s扫描 312.5 行的图像构成 625 行（一帧）图像。而标准的

7、 VGA 显示模式采用逐行扫描方式，在一个扫描周期内实现对图像的完全扫描。因此需要对视频信号进行去隔行处理。视频信号在经过缓冲后，按照取样时钟把经过模数转换的数字信号送入存储器缓存，通过数据内插的方法进行数据扩展，即相邻行之间按照一定的算法进行加权，从而得到内插行的数据，再以适当的速度读取处理后的数据，即可实现倍行频/倍场频的扫描。倍行频扫描可以消除行间的闪烁现象，倍场频扫描虽然行扫描频率不变，但是场频加倍，即能消除行间闪烁现象，还可以消除场间的大面积闪烁。去隔行问题的实质就是在每一场中填补被跳过的那些行，其过程如图 2 所示。实际上为实现去隔行已经提出了很多简单的滤波器。一种选择是用同一场中

8、的垂直内插值，这是个一维二倍上转换的问题。理想的垂直滤波器是一个半带低通滤波器。然而，这个滤波器要求无限长度冲击响应是不可实现的。实际应用中使用的是短得多的滤波器。最简单的是行平均，它用丢失行的上一行和下一行的平均来估计该丢失行。在图 2 中，对于第 t 场，D=(C+E)/2。由于没有使用时域滤波，所以它沿时间频率轴具有全通特性。为了改进性能，另一种选择是使用更长的垂直内插滤波器，其频率响应更接近理想的半带低通滤波器。对于第 t 场的行，满意的内插方法是 D=(A+7C+7E+G)/16。以上两种方法都是只用了垂直内插。一种替代方法是使用时间内插。值得注意的是，对于一场中每个丢失行，在同一帧的另一场中有一