基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數(shù)字視頻消旋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)探測(cè)器姿態(tài)變化造成的視頻圖像旋轉(zhuǎn)，提出一種基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數(shù)字視頻消旋系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用TMS320C6713B計(jì)算圖像旋轉(zhuǎn)后各點(diǎn)的位置，再利用FPGA進(jìn)行地址映射，得到圖像旋轉(zhuǎn)后各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)消除視頻圖像的旋轉(zhuǎn)，且消旋后的圖像清晰穩(wěn)定，滿足實(shí)際應(yīng)用要求。
關(guān)鍵詞：TMS320C6713B；圖像旋轉(zhuǎn)；仿射變換；APAl50

在機(jī)載電視紅外攝像與瞄準(zhǔn)過程中，由于電視紅外攝像框架的橫滾運(yùn)動(dòng)而引起光學(xué)系統(tǒng)和成像器件相對(duì)載機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而造成圖像的旋轉(zhuǎn)；在許多光學(xué)瞄準(zhǔn)器、紅外吊艙系統(tǒng)以及測(cè)量定標(biāo)系統(tǒng)中，為了消除由于探測(cè)器的姿態(tài)變化而引起的圖像旋轉(zhuǎn)，時(shí)常要對(duì)光學(xué)探測(cè)器所獲取的目標(biāo)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)反旋轉(zhuǎn)變換，恢復(fù)圖像的穩(wěn)定狀態(tài)，以便準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和跟蹤。考慮到實(shí)時(shí)性，目前文獻(xiàn)基本上都是以FPGA為核心設(shè)計(jì)的，這里提出一種基于TMS320C6713B的實(shí)時(shí)數(shù)字視頻消旋系統(tǒng)，將仿射變換計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化應(yīng)用到系統(tǒng)中，有效地消除了視頻圖像的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了穩(wěn)定圖像的目的。

1 系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)
對(duì)圖像進(jìn)行消旋，實(shí)際上是根據(jù)已知圖像的旋轉(zhuǎn)角度，將該圖像按照同樣的角度進(jìn)行反旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到消除圖像旋轉(zhuǎn)影響的目的。因此，圖像消旋算法的本質(zhì)是圖像的旋轉(zhuǎn)計(jì)算，即由原圖像旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度得到目標(biāo)圖像。
結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，假設(shè)載體的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致連續(xù)兩幀圖像間存在的全局運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為平移和繞光軸的旋轉(zhuǎn)，也即連續(xù)兩幀圖像間可以用線性變換來表征。因此，采用仿射變換來建立圖像運(yùn)動(dòng)模型。
若(X1，Y1)，(X2，Y2)分別是參考幀與當(dāng)前幀圖像中相互對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)，則它們之間的運(yùn)動(dòng)表達(dá)式

式中，θ是配準(zhǔn)點(diǎn)之間的旋轉(zhuǎn)角△X，△Y分別為配準(zhǔn)點(diǎn)在橫向和縱向上的偏移。
對(duì)式(1)進(jìn)行優(yōu)化，假設(shè)輸出圖像中水平相鄰2個(gè)像素點(diǎn)(x，y)和(x+1，y)，則經(jīng)仿射變換后在輸入圖像中有對(duì)應(yīng)的2點(diǎn)(u1，v1)和(u2，v2)。不難推導(dǎo)，有如下關(guān)系式成立：

同理假設(shè)輸出圖像中垂直相鄰2個(gè)像素點(diǎn)(x，y)和(x，y+1)，則經(jīng)仿射變換之后在輸入圖像中有對(duì)應(yīng)的2點(diǎn)(u1，v1)和(u3，v3)，有如下關(guān)系式成立：

從式(2)和式(3)中可以看出，輸出圖像中經(jīng)變換后的兩點(diǎn)坐標(biāo)差與輸入源圖像中相鄰兩點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。也就是說。只要計(jì)算一次仿射變換就可以采用增量法來求出仿射變換后的所有點(diǎn)的精確位置。因此，圖像的第一個(gè)點(diǎn)要用到完整的仿射變換公式

進(jìn)行計(jì)算，后面的點(diǎn)只計(jì)算兩個(gè)浮點(diǎn)加法就可以獲得一個(gè)仿射變換點(diǎn)的精確位置。獲得精確的位置后，利用最鄰近像素法計(jì)算圖像灰度，只需要對(duì)計(jì)算后的坐標(biāo)位置四舍五入得到整數(shù)坐標(biāo)值，利用該坐標(biāo)來獲取相應(yīng)點(diǎn)的灰度值即可。