基于可编程逻辑器件的图像处理方案设计

2022-11-10

社会生产生活中, 对于运动物体的实时监测变得越来越重要。因此, 高速图像处理的应用也成为当今社会的一个热门话题。目前, 有许多对视频信号处理的系统都会采用D S P芯片。由于D S P可以通过软件编码的形式来实现各种复杂的图像处理算法, 因此它不需要添加额外的外围电路。但是还存在一类算法已经固化在内部电路中, 功能又比较单一的DSP芯片, 在设计应用中带来不便。本文介绍了具有高速性、高可靠性并且可进行现场编程的逻辑器件 (CPLD) 对高速运动图像地采集与检测方法。

1 系统硬件设计

该系统采用视频同步分离芯片LM1881, 将读入的PAL制式 (也可以是NTSC制式) 的视频图像的行、场同步脉冲分离出来。CPLD将根据行、场的同步脉冲来控制A/D转换器TLC5510视频图像信号进行转换, 并将A/D转换后的数据通过边缘检测算法进行处理。系统框图如图1所示。

1.1 视频同步分离电路

因为模拟摄像头输出的是将图像信号, 同步信号, 行、场消隐信号这几种信号组合起来的信号。本方案中, 通过专用的视频分离芯片LM1881将行、场同步脉冲信号从图像信号中分离出来。CPLD器件将通过这两个同步脉冲信号, 控制A/D转换器的工作。

1.2 A/D转换电路

系统中使用了低功耗8位的A/D转换芯片T L C 5 5 1 0, 它的最高采样速率高达40MSPS。采用高速A/D转换芯片, 能使系统实时处理高速运动中的图像, 而不至于出现漏拍、误检的现象。

1.3 可编程逻辑器件电路

EPM7064为系统中的主处理芯片, 通过JTAG口可对它进行程序的下载。电路中采用有源晶振为EPM7064提供时钟信号。EPM7064利用2个IO脚分别接LM1881输出的行同步与场同步脉冲, 再分配8个IO脚作为数据传输端口。

2 系统软件设计

系统通过VHDL语言对CPLD器件进行编程配置。软件实现过程主要根据图像的边缘检测原理, 对拍摄好的图像进行处理。所谓的边缘是指其周围像素灰度有跳跃变化的那些像素的集合, 而物体的边缘是以图像局部特征的不连续性的形式出现。例如对于黑白图像就是以灰度值的变化, 彩色图像以颜色的突变等。本系统中采用的是黑白摄像机拍摄的灰度图像。软件流程如图2所示。

软件中通过三个进程与一条信号代入语句并行工作实现图像处理的要求。其中进程1主要功能是若有场脉冲信号到来, 则将Flag2信号量置‘1’, 以此信号量控制进程2的启动。进程2中, 根据进程1中对Flag2的赋值与行脉冲的正跳变来计数, 并对图像数据进行处理, 处理后将‘1’赋值给Flag信号量。进程3中将根据信号量Flag的值来送判断的输出结果。

3 结语

本文中所提到的利用可编程逻辑器件对图像进行处理的方案, 不仅能对高速运动中的灰度图像进行实时检测, 而且还能够扩展到对彩色图像的边缘提取中。利用可编程逻辑器件, 可根据现场的不同情况做出不同的处理方法, 灵活方便。因为可编程逻辑器件属于硬件实现方案, 所以在速度和性能上能得到进一步的提高, 对软件内容已固化在芯片内部的DSP芯片是一种理想的替代方案。

摘要：介绍了以CPLD为核心器件的高速图像处理方案, 系统通过视频分离芯片LM1881, 将视频信号中的行同步信号与场同步信号分离出来, 以此控制转换速率高达40MSPS的A/D转换芯片TLC5510, 将视频信号转换成数字信号, 最终CPLD器件根据A/D转换的数据进行实时处理。

关键词：摄像机,可编程逻辑器件,图像处理