基于DSP的成像制導仿真圖像生成技術(shù)研究

新一代精確制導武器系統(tǒng)的研制給光學成像制導仿真目標模擬器提出了新的要求，它要求目標／背景成像仿真系統(tǒng)能夠提供實時變化的動態(tài)場景。導彈的實體仿真不僅需要有造價昂貴的導彈或模型，而且要有占地宏大的靶場，還要有大量的人員進行觀測、記錄及控制等一系列工作；而且一經(jīng)發(fā)射，過程不可逆轉(zhuǎn)，是一件非常費錢、費時、費力的工作。其中基于DSP的圖像生成技術(shù)是一項新型而又關(guān)鍵的技術(shù)，
它可以降低研發(fā)成本，減少風險，為系統(tǒng)技術(shù)進步提供有力的保障。這里主要給出利用圖像生成技術(shù)生成的動態(tài)場景，并模擬導彈在俯仰、航向方向工作時動態(tài)場景的變化。

1 成像制導仿真系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)的組成
為了能夠?qū)崿F(xiàn)仿真圖像的實時顯示，在設(shè)計DSP視頻生成系統(tǒng)時，DSP的選擇該系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，為此這里選用TMS320C6418型DSP。以TMS320C6418為核心的圖像生成仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖，如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)初始化時通過DSP將素材圖像送入存儲器SDRAM等待DSP處理，再由FPGA產(chǎn)生的行同步、場同步信號的控制下將處理后的圖像數(shù)據(jù)通過DsP的EDMA通道送入FPGA的RAM中，在FPGA產(chǎn)生復(fù)合同步信號和復(fù)合消隱信號的控制下圖像數(shù)據(jù)經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后，合成為標準的模擬視頻信號。
1．3 基于DSP的系統(tǒng)硬件特性
DSP處理系統(tǒng)實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)的處理，是整個系統(tǒng)的核心。它由DSP器件TMS320C6418、圖像存儲器SDRAM、程序存儲器Flash構(gòu)成。
TMS320C6418通過外部存儲器接口(EMIF)與SDRAM、Flash和FPGA連接，構(gòu)成典型的嵌入式DSP應(yīng)用系統(tǒng)。TMS320C6418是TI公司新推出的TMS320C64xx系列的一種，主要特點為：片內(nèi)512K字節(jié)RAM；操作速度高達600MHz；支持多種外部存儲器接口，包括SRAM，SDRAM，RAOM，F(xiàn)IF-0；增強的EDMA控制器，有64個EDMA通道。
在實時圖像數(shù)字處理器中，采用SDRAM存儲圖像數(shù)據(jù)有2個優(yōu)點：一是速度高，存取時間可達8 ns；二是單片容量大，有利于減少圖像處理系統(tǒng)的體積。
對于DSP處理系統(tǒng)，必須擴充片外程序存儲器，這里選用的是Flash存儲器。TMS320C6418的RAM(L2)容量達到512 KB，而DSP系統(tǒng)的應(yīng)用程序通常不是特別大，因此，在系統(tǒng)上電以后將使用的程序裝載到L2中，這樣可以提高程序的訪問速度。
1．4 基于DSP的系統(tǒng)成像制導仿真圖像生成軟件
1)DSP初始化程序 完成上電復(fù)位以后的初始化工作，主要包括對外部存儲器件SDRAM、Flash的配置和初始化及將素材圖像數(shù)據(jù)搬入SDRA-M。
2)DSP系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)的傳輸程序 在圖像生成中存在大量的數(shù)據(jù)傳輸，包括：目標和背景數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的融合處理；SDRAM與DSP內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)目標提取的處理；SDRAM與FPGA的RAM的數(shù)據(jù)傳輸，以實現(xiàn)視頻圖像的實時顯示。
3)圖像處理程序 根據(jù)圖像的特點選擇合適的圖像處理算法，提取目標，給控制端提供脫靶量，以實現(xiàn)圖像的閉環(huán)跟蹤。
4)制導控制程序 根據(jù)外部輸入的輸入條件，即跟蹤、掃描等命令，使其能夠模擬導引頭工作時真實場景的動態(tài)變化。

2 成像制導仿真圖像生成關(guān)鍵技術(shù)
2．1 背景和目標的模型建立
目標是指軍事武器作戰(zhàn)的對象物，而背景是除目標之外的一切空間物質(zhì)。目標與背景是相對的，同一物體有時可以成為目標，有時也可以是背景。對于成像制導而言，根據(jù)目標與背景所在地理位置高度或性質(zhì)的不同，可把目標與背景分成3類：空中目標與天空背景、海面目標與海洋背景、地面目標與地物背景。
背景圖像的生成可以使用形狀規(guī)則的矩形光柵圖像，例如帶有天空和地面的*．bmp位圖圖像。在某些特定的場景中還需要花、草、樹、汽車、房屋等不規(guī)則形狀的目標光柵圖像，例如要在已有的場景中生成一顆大樹，如何才能透過樹葉和枝桿的縫隙看到后面的景物。這在DSP中沒有專門的函數(shù)來進行處理。但可采用以下方法實現(xiàn)：
1)首先用3DMAX軟件生成所需要的花、草、汽車等，生成文件為*．BMP位圖文件格式，用PHOTOSHOP軟件將感興趣的圖像將其對比度、亮度加以調(diào)整。將其位圖圖像做成矩形，便于DSP算法處理。
2)背景與目標的融合，確定目標的位置后，需要把背景和目標融合起來。但是由于背景與目標之間存在亮度差，如果簡單地重疊，就會出現(xiàn)明顯的縫隙。為了達到無縫融合，把背景與目標重合區(qū)域的邊緣按一定的加權(quán)值合成為新的邊緣。

式中，Inew為合成的新的邊緣圖像，I1和I2為目標與背景重疊區(qū)域的邊緣圖像，w為加權(quán)系數(shù)。