基于dsp的高速数字相机采集系统设计

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景本课题来源于“十一五”国防计量项目，是火箭发动机冷/热试车过程中，发动机喷管三维运动参数测试的一部分。火箭发动机冷/热试车过程中，需要测试的发动机喷管的三维运动参数包括摆角、摆心、运动轨迹、转动速度、加速度等。这种情况下，由于环境十分恶劣，使用一般的测量方法，比如传感器测量，对设备的抗干扰能力要求将十分苛刻，而且将测量设备放到导弹上不仅会影响导弹结构，而且在实验时会造成巨大的资源浪费。随着计算机技术的不断提高，图像处理越来越便捷，这就为光学测量技术的发展和应用提供了极为

2、有利的环境。因为光学测量是非接触、高精度的全场测量，所以相对于传感器测量等其他的测量技术而言，光学测量技术是具有简单、方便、可靠、价格低廉等优势。选用光学测量，则只需要在地面上离喷管比较远的地方将试车时喷管的运动情况拍摄下来，对所拍摄的图像进行分析和处理，利用所做的标志点，就可以得到发动机喷管的三维运动参数。在实验过程中，模拟的发动机喷管的三维运动参数是高度精确的，所以只有用高速图像将变化的过程记录下来，才能够清楚的分析喷管的运动情况，为动态校准的研究提供重要而有效的数据。在高速拍摄图像的时候，由于图像数量大，而且要求实时

3、处理，所以就要用高速的图像处理系统对图像进行处理。相机采集到的数据为最高每秒262帧532*516的图像，即高达每秒68MB的传输量。系统进行多相机处理，而且要求实时性。这对于传统的图像采集及处理系统来说，处理起来非常困难。目前一般的图像处理系统大都基于摄像机－图像采集卡－计算机这样的系统结构，图像理解和处理算法全部以软件方式实现，这是因为数字图像处理信息量和计算量大，而大多数数 据采集卡基于成本考虑没有处理器和大容量的存储器，绝大部分任务必须依 靠计算机才能胜任[1,2]。但是，对于本系统要处理的数据量对计算机来说数 据

4、量过大，不能进行实时处理，而且这种计算机参与的系统应用场合受到很 大限制，在工业或军事等复杂环境下应用极为不便。所以本文考虑在底层先-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文进行图像的预处理，然后再把处理完的数据传送给计算机进行进一步的处理。实时图像采集和处理技术的应用是多方面的，毫不夸张地说，凡是在图像技术应用的地方都要应用高速图像采集技术，原因在于实时高速图像处理技术可以提高图像处理的速度。但是，这要付出一定的代价，这种代价包括设备上和开发上的代价[3]。在可用和不可用的地方，代价问题会成为考虑的重点，而在必须应用的地方，考

5、虑的重点则是高速图像采集系统的性能及可行性。从应用高速图像采集技术的重要性来看，其应用领域主要集中在军事、工业自动化以及公安的形式侦察等方面，在这些领域强有力的推动下，高速图像采集和处理技术得到了迅速的发展[4]。DSP应用技术作为一种正在兴起的技术，有着广泛的应用前景。它的应用已扩展到人们工作、学习和生活的各个方面，在图像处理、语音识别、雷达跟踪、通信系统、系统控制、电力系统、故障检测等众多领域中占有了一席之地。DSP芯片在高速信号处理方面具有速度快、运算性能好等优点，每秒可以进行上百万次运算，内部采用改进的哈佛结构，使

6、得微处理器的并行处理能力大大的增强。DSP的出现，为图像的快速处理提供了一个有力的保障[5][6]。本课题设计的图像采集处理系统本着体积小、成本低、处理速度快、编程灵活的要求，能够解决高速图像处理的问题。现代的高速图形采集技术发展迅速，各种基于ISA、PCI等总线的图形采集卡已能在市场上买到，但是价格比较昂贵，并且处理功能简单速度慢。对于特殊需要不能很好满足，往往需要加上后续处理部分，这给特殊需要的用户带来了不便。采用复杂可编程芯片（CPLD）及DSP处理芯片构成的图像采集系统，可以根据不同的需要进行现场编程，具有通用性好

7、、价格便宜等特点[7]。随着半导体技术的飞速发展，基于DSP和大规模集成电路的脱机图像采集处理系统的开发与应用将达到更高的水平，无论在军事、国防还是在消费电子领域都将具有显著的社会经济和广阔的应用前景[8]。本课题所涉及的数据传输、数据处理的速度在国内乃至国际上都属于领先行列，所用核心芯片DSP为TI公司不久前出品的TMS320C6416T，其功能及处理速度在当今应该都是首屈一指。所以这个平台的开发成功，可以使我国军事应用方面的数字信号处理紧跟国际步伐，处于较为先进的行列。本课题设计的系统为其提供一个有价值的参考。-2-哈

8、尔滨工业大学工学硕士学位论文1.1国内外研究现状1.2.1DSP技术的发展在DSP出现之前，信号处理一般是通过主机完成。由于集成电路制造工艺不断提高，飞速发展的DSP为实时信号处理提供了可能。自从美国Intel公司在70年代推出了世界上第一块DSP芯片以来，DSP已经出现了好几代产品和好几个系列的产品。