車載紅外夜視系統(tǒng)中圖像處理器的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)

姚智慧

摘要：對(duì)于汽車駕駛者而言，在夜晚和惡劣天氣駕車時(shí)，能見(jiàn)度和可視距離都受到較大影響，當(dāng)傳統(tǒng)照明方式無(wú)法對(duì)前方路況進(jìn)行合理照明的情況下，存在嚴(yán)重的交通安全隱患，這也是造成交通事故頻發(fā)的主要原因。本文設(shè)計(jì)的車載夜視系統(tǒng)，可以滿足提高車輛駕駛者在夜晚和惡劣天氣影響下獲得更好的視野范圍，有效的提高主動(dòng)預(yù)見(jiàn)力，避免道理交通安全事故的發(fā)生，保證道路行車安全。

關(guān)鍵詞：紅外夜視；DSP；FPGA；信號(hào)處理

1 設(shè)計(jì)方案

綜合考慮紅外夜視系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、靈活性，以及系統(tǒng)本身軟、硬件的復(fù)雜程度和系統(tǒng)制造成本的控制目標(biāo)，擬采取如下幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)備選方案進(jìn)行比對(duì)參考。

1.1 集成化微控制器系統(tǒng)

集成化微控制器系統(tǒng)主要是指以單片機(jī)為核心搭載相應(yīng)的控制電路的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)硬件要求，可以合理控制制造成本，具有良好的性價(jià)比；不足也很明顯，數(shù)據(jù)運(yùn)算及處理能力較弱，不能有效的滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。

1.2 以DSP 為核心的系統(tǒng)

DSP芯片的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)運(yùn)算速度快，數(shù)據(jù)處理功能全面，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的同時(shí)，包含加法和乘法的獨(dú)立運(yùn)算器，其良好的速度優(yōu)勢(shì)和專用的指令系統(tǒng)更適應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的要求。

1.3 以FPGA為核心的系統(tǒng)

FPGA是Field Programmable Gated Array的英文縮寫(xiě)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，實(shí)在GAL、PAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的全新器件。以FPGA為核心的系統(tǒng)可以視為整體化硬件解決方案。該方案整合了高速的硬件和靈活的軟件，充分滿足了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)高速的系統(tǒng)要求。

而實(shí)際操作中，為保證圖像采集實(shí)時(shí)處理的精度要求，往往會(huì)采取多系統(tǒng)并用的解決方案，例如以DSP+FPGA為核心的系統(tǒng)，其系統(tǒng)工作原理如圖1 所示。在制造方面，兩大核心部件的制造成本都很高昂，并且相應(yīng)的軟、硬件復(fù)雜程度也迅速攀升，這也成為改系統(tǒng)普及的阻礙。

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[BT6]圖1 以DSP+FPGA為核心的系統(tǒng)工作原理

DSP是一種近年來(lái)新興的微型數(shù)字信號(hào)處理電子器件。其特殊的算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其在數(shù)字信號(hào)處理方面表現(xiàn)出突出的優(yōu)越性能。正因如此，在現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，DSP在功能上也隨之有了相應(yīng)的提高和完善，甚至在數(shù)據(jù)信息的處理速度、處理實(shí)時(shí)性和軟、硬件的穩(wěn)定性等方面已經(jīng)全面取代傳統(tǒng)的PC機(jī)的功能而存在。

針對(duì)夜視系統(tǒng)對(duì)圖像處理的快速、準(zhǔn)確的要求，在采用DSP和FPGA相結(jié)合作為系統(tǒng)核心處理器的實(shí)現(xiàn)方案之下，還需要簡(jiǎn)單有效的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程，只有這樣，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外圖像的實(shí)時(shí)處理。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。由以下幾個(gè)主要部分組成：AD轉(zhuǎn)換電路，TEC溫控電路，以DSP+FPGA為核心的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)處理電路，由SDRAM和FLASH共同組成的外部存儲(chǔ)電路以及相應(yīng)的顯示器件。

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[BT6]圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

參考車輛實(shí)際行駛過(guò)程中可能遇見(jiàn)的情況，本次設(shè)計(jì)的紅外夜視系統(tǒng)具有以下功能：（1）全面、實(shí)時(shí)的讀取并記錄路況信息；（2）及時(shí)、準(zhǔn)確的完成對(duì)路況信息的數(shù)據(jù)處理并顯示圖像。

結(jié)合上述系統(tǒng)主要功能，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)運(yùn)行及數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中也表現(xiàn)出相應(yīng)的突出的特點(diǎn)：（1）以DSP+FPGA為核心的系統(tǒng)，整合了兩大核心的主要特點(diǎn)，性能合理分工，資源合理分配，全面保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、高效性。（2）結(jié)合系統(tǒng)核心部件的靈活性，在不進(jìn)行較大范圍的電路修改設(shè)計(jì)的前提下，進(jìn)行功能擴(kuò)展以及內(nèi)部邏輯控制部件的重新編輯，以滿足新的系統(tǒng)要求，從而有效控制了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)及制造成本。（3）提取FPGA的實(shí)時(shí)時(shí)序信號(hào)，結(jié)合DSP的圖像增強(qiáng)算法，快速、全面、實(shí)時(shí)、有效的對(duì)所采集的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行處理、增強(qiáng)，并進(jìn)行簡(jiǎn)明清晰的顯示，實(shí)現(xiàn)有效的駕駛輔助功能，保證駕駛者的行車安全。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著可編程控制器的大規(guī)模核心技術(shù)發(fā)展，以DSP+FPGA為核心的數(shù)字圖像信息處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展必要性日趨明顯。同時(shí)，伴隨著汽車行業(yè)對(duì)安全需求的不斷提高，車載紅外夜視系統(tǒng)也逐步普及到各個(gè)車型。作為夜視系統(tǒng)的核心參數(shù)，圖像顯示質(zhì)量和圖像處理的實(shí)時(shí)性的要求也隨之提高。本文設(shè)計(jì)的以DSP+FPGA為核心的圖像處理系統(tǒng)，可以提高夜視系統(tǒng)的成像質(zhì)量，同時(shí)彌補(bǔ)傳統(tǒng)照明方式無(wú)法達(dá)到的可視距離，有效的降低夜間行車的安全隱患，為駕駛者保駕護(hù)航。

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