基于TMS320DM642在移動平臺ATP技術中的應用

2．2 圖像處理硬件設計

該系統(tǒng)設計的圖像處理模塊采用DM642作為圖像處理核心器件以及其外圍電路組成的視頻通訊模塊(VCM)完成CCD視頻信號的采集和處理。VCM是由視頻處理單元、音頻處理單元、SDRAM、Flash、UART、以及網(wǎng)、I2C、JTAG單元等，其中視頻處理單元主要由DM642、視頻解碼器TVP5150APBS、視頻編碼器SAA7104、同步動態(tài)存儲器SDRAM以及控制部分的通信器件UART等組成，如圖2所示。

DM642首先啟動視頻解碼器TVP5150APBS，捕獲并解碼CCD攝像頭的每一幀視頻信號，然后讀取并存儲在SRDRAM中，然后處理所存儲的數(shù)據(jù)并提取信標光坐標，通過UART將相應信息實時反饋給控制部分，同時輸出處理的數(shù)據(jù)，經(jīng)視頻編碼器SAA7104編碼，經(jīng)VPout端口輸出顯示。

由于DM642功能強大，其應用電路涉及到大量外圍電路，因此整個圖像處理電路VCM相當復雜，限于篇幅原因，這里只給出電源部分電路，以供參考。VCM采用12 V直流電源供電，經(jīng)DC／DC轉(zhuǎn)換器TPS54350PWP轉(zhuǎn)換成3.3V直流電壓作為DM642的電源，由于DM642工作在600 MHz的高頻率下，因此對電源穩(wěn)定性要求極高，其電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

當CCD采集的視頻信號通過DM642的視頻輸入端口進入視頻處理單元模塊，若發(fā)現(xiàn)信標光不在視場中，則執(zhí)行光柵螺旋掃描算法，直到信標光進入視場，此時圖像處理模塊將提取出信標光光斑的坐標通過串口發(fā)送給電機控制模塊，電機控制模塊根據(jù)接收的信標光坐標信息對二軸電控轉(zhuǎn)動平臺執(zhí)行基于增量式PID跟蹤算法控制，該過程不斷反復，直到信標光光斑始終保持在視場的中心位置，則建立通信鏈路，從而實現(xiàn)通信；另外，若信標光一開始就位于視場，則直接進入跟蹤過程，且整個掃描和跟蹤過程是相互嵌套的。跟蹤過程中一旦目標突然從視場中丟失，則系統(tǒng)則轉(zhuǎn)去執(zhí)行掃描過程，直到再次發(fā)現(xiàn)目標。整個ATP控制過程主要由掃描、捕獲和跟蹤3部分組成。圖4示出軟件設計主程序流程圖。

3．1 信標光坐標閾值提取算法

系統(tǒng)首先采用直方圖法確定信標光坐標提取的閾值，具體做法：將CCD采集的MxN像素的黑白圖像存入數(shù)據(jù)緩存器，以灰度值(O～255)為x軸，以該灰度值的像素點個數(shù)為y軸。由于背景和目標灰度值的不同，必然在坐標系中形成兩個峰值，在兩峰值之間選取像素點個數(shù)最少的灰度值為閾值，可以使目標和背景分割誤差最小。

3．2 信標光坐標質(zhì)心算法

DM642必須精確地從目標圖像提取目標位置信息。常用的定位算法：質(zhì)心算法、形心定位法、峰值定位法、匹配定位法和投影中心法。質(zhì)心算法的精度高、且算法簡單，該系統(tǒng)設計選用質(zhì)心來定位目標。質(zhì)心法反映了目標的能量的分布狀況。該方法在理想的情況下定位精度小于0．05個像素，且適用的光斑范圍大。

4 結(jié)論

在脫離PC機情況下對移動平臺信標光的捕獲與跟蹤進行實驗。利用載有信標光的小車以不同速率在已設計的線路上運動，控制器控制二軸電控轉(zhuǎn)動平臺進行光柵螺旋掃描，一旦捕獲信標光則轉(zhuǎn)入到跟蹤狀態(tài)并鎖定目標。如果信標光突然脫離CCD視場，程序?qū)⒆詣又匦逻M入掃描捕獲狀態(tài)。

實驗表明，系統(tǒng)跟蹤角速度范圍是0～lOrad／s，跟蹤精度優(yōu)于0．5mrad，基本達到移動平臺ATP技術粗跟蹤要求，也進一步證明基于DM642的移動平臺ATP技術在衛(wèi)星和航空航天等大容量通信方面具有更大的應用潛力，特別是在改進和優(yōu)化系統(tǒng)若在靈活性和實時性以及算法，將使ATP系統(tǒng)跟蹤精度進一步提高。