基于Camera Link接口的圖像跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　這28 b數(shù)據(jù)中包括3個(gè)數(shù)據(jù)端口：A口(8 b)、B口(8 b)、C口(8 b)，和4個(gè)視頻控制信號(hào)FVAL(幀有效)、DVAL(數(shù)據(jù)有效)、LVAL(行有效)、SPARE(空，暫時(shí)未用)。至于經(jīng)過Camera Link芯片轉(zhuǎn)換后的時(shí)鐘信號(hào)，則是整個(gè)相機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所有的數(shù)據(jù)和視頻控制信號(hào)都是和該時(shí)鐘信號(hào)同步的，相機(jī)的時(shí)序圖見圖3。

　　相機(jī)可以配置成8 b或10 b的輸出位寬，40 MHz像素時(shí)鐘或80 MHz像素時(shí)鐘，2×40 MHz或2×80 MHz的數(shù)據(jù)輸出速率。關(guān)于Camera Link的采集數(shù)據(jù)的邏輯代碼，關(guān)鍵之處在于產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址信號(hào)、存儲(chǔ)器寫信號(hào)以及在對(duì)應(yīng)的地址處將數(shù)據(jù)穩(wěn)定地寫進(jìn)存儲(chǔ)器。我們用像素時(shí)鐘產(chǎn)生列地址計(jì)數(shù)器，行同步信號(hào)產(chǎn)生行地址計(jì)數(shù)器，二者拼接產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址信號(hào)。這樣產(chǎn)生的有效地址雖然不連續(xù)，但意義明確，而且有利于顯示部分的隔行隔列顯示。對(duì)于 8 b的數(shù)據(jù)，可將4個(gè)有效數(shù)據(jù)拼接成32 b后再存儲(chǔ)，這樣可以降低FPGA讀寫存儲(chǔ)器的速度。

　　2.2 基于FPGA的圖像預(yù)處理單元

　　針對(duì)圖像預(yù)處理階段運(yùn)算結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，用FPGA進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)無疑是理想的選擇，這樣同時(shí)兼顧了速度和靈活性，大大減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。這里采用的預(yù)處理算法主要是中值濾波，中值濾波器是一種非線性濾波器，與均值濾波器和類似其他形式的濾波器相比，中值濾波器具有能夠徹底濾除尖波干擾噪聲同時(shí)又能夠較好地保護(hù)目標(biāo)圖像邊緣等優(yōu)點(diǎn)。中值濾波的具體實(shí)現(xiàn)過程一般為：

　　(1)選擇一個(gè)n×n的滑動(dòng)窗口(通常為3×3或者5×5)，使其沿圖像數(shù)據(jù)的行或者列方向逐像素滑動(dòng)(通常為從左至右，從上到下逐行移動(dòng))。

　　(2)每次滑動(dòng)后，對(duì)窗口內(nèi)的像素灰度值進(jìn)行排序，用排序所得的中間值代替窗口中心位置像素的灰度值。

　　用硬件實(shí)現(xiàn)二維中值濾波，很重要的一點(diǎn)是能可靠地存儲(chǔ)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，并且使延時(shí)最短。在存儲(chǔ)n-1行圖像數(shù)據(jù)后便開始處理，其中n為窗口大小，在本設(shè)計(jì)中，選用3*3窗口的中值濾波器，即n=3。這樣設(shè)計(jì)的好處是，F(xiàn)PGA可以以串行流水方式實(shí)現(xiàn)該模塊，節(jié)省了許多時(shí)間，為實(shí)時(shí)處理創(chuàng)造了有利條件。

　　為了盡量節(jié)約資源，充分利用硬件設(shè)計(jì)中的“模塊復(fù)用”原則，需設(shè)計(jì)1個(gè)移位寄存器、1個(gè)dq寄存器、1個(gè)二值比較器，然后在像素時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，首先調(diào)用移位寄存和dq寄存器產(chǎn)生窗口數(shù)據(jù)，然后對(duì)3×3模板里的數(shù)據(jù)多次調(diào)用dq寄存器和2值比較器進(jìn)行冒泡排序輸出中間值。中值濾波模塊示意圖見圖4。

　　2.3 基于DSP的圖像處理單元

　　TI公司的TMS320C6414芯片是一款高性能定點(diǎn)DSP處理器，其主頻可以高達(dá)720 MHz，片內(nèi)具有豐富的RAM資源，同時(shí)通過EMIFA和EMIFB口可以擴(kuò)展很多存儲(chǔ)芯片。這里主要擴(kuò)展的是程序FLASH芯片，用于存放固化的程序代碼。

　　前面已經(jīng)說明了FPGA如何控制SRAM讀寫邏輯的，DSP的主要工作是響應(yīng)FPGA發(fā)出的中斷信號(hào)，讀取圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，雖然每一幀讀取的實(shí)際的 SRAM不同，但是通過FPGA的映射后，對(duì)于DSP來說，SRAM始終在DSP片外的一端固定地址范圍內(nèi)。DSP響應(yīng)中斷的流程圖見圖5。