車載紅外夜視系統中圖像處理器的設計及特點

姚智慧

摘要：對于汽車駕駛者而言，在夜晚和惡劣天氣駕車時，能見度和可視距離都受到較大影響，當傳統照明方式無法對前方路況進行合理照明的情況下，存在嚴重的交通安全隱患，這也是造成交通事故頻發的主要原因。本文設計的車載夜視系統，可以滿足提高車輛駕駛者在夜晚和惡劣天氣影響下獲得更好的視野范圍，有效的提高主動預見力，避免道理交通安全事故的發生，保證道路行車安全。

關鍵詞：紅外夜視；DSP；FPGA；信號處理

1 設計方案

綜合考慮紅外夜視系統的實時性、穩定性、靈活性，以及系統本身軟、硬件的復雜程度和系統制造成本的控制目標，擬采取如下幾種系統設計備選方案進行比對參考。

1.1 集成化微控制器系統

集成化微控制器系統主要是指以單片機為核心搭載相應的控制電路的系統。優點是根據硬件要求，可以合理控制制造成本，具有良好的性價比；不足也很明顯，數據運算及處理能力較弱，不能有效的滿足系統實時性的要求。

1.2 以DSP 為核心的系統

DSP芯片的主要特點是數據運算速度快，數據處理功能全面，在結構優化的同時，包含加法和乘法的獨立運算器，其良好的速度優勢和專用的指令系統更適應實時數字信號處理的要求。

1.3 以FPGA為核心的系統

FPGA是Field Programmable Gated Array的英文縮寫，即現場可編程門陣列，實在GAL、PAL、EPLD等可編程器件的基礎上開發出的全新器件。以FPGA為核心的系統可以視為整體化硬件解決方案。該方案整合了高速的硬件和靈活的軟件，充分滿足了現場實時高速的系統要求。

而實際操作中，為保證圖像采集實時處理的精度要求，往往會采取多系統并用的解決方案，例如以DSP+FPGA為核心的系統，其系統工作原理如圖1 所示。在制造方面，兩大核心部件的制造成本都很高昂，并且相應的軟、硬件復雜程度也迅速攀升，這也成為改系統普及的阻礙。

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[BT6]圖1 以DSP+FPGA為核心的系統工作原理

DSP是一種近年來新興的微型數字信號處理電子器件。其特殊的算法和內部結構，使其在數字信號處理方面表現出突出的優越性能。正因如此，在現代數字信號處理技術的發展過程中，DSP在功能上也隨之有了相應的提高和完善，甚至在數據信息的處理速度、處理實時性和軟、硬件的穩定性等方面已經全面取代傳統的PC機的功能而存在。

針對夜視系統對圖像處理的快速、準確的要求，在采用DSP和FPGA相結合作為系統核心處理器的實現方案之下，還需要簡單有效的算法來實現處理過程，只有這樣，才能真正實現對紅外圖像的實時處理。本次系統設計基本結構如圖2所示。由以下幾個主要部分組成：AD轉換電路，TEC溫控電路，以DSP+FPGA為核心的實時圖像信號處理電路，由SDRAM和FLASH共同組成的外部存儲電路以及相應的顯示器件。

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[BT6]圖2 系統結構框圖

2 系統功能及特點

參考車輛實際行駛過程中可能遇見的情況，本次設計的紅外夜視系統具有以下功能：（1）全面、實時的讀取并記錄路況信息；（2）及時、準確的完成對路況信息的數據處理并顯示圖像。

結合上述系統主要功能，系統在數據運行及數據處理的過程中也表現出相應的突出的特點：（1）以DSP+FPGA為核心的系統，整合了兩大核心的主要特點，性能合理分工，資源合理分配，全面保證系統的實時性、高效性。（2）結合系統核心部件的靈活性，在不進行較大范圍的電路修改設計的前提下，進行功能擴展以及內部邏輯控制部件的重新編輯，以滿足新的系統要求，從而有效控制了系統的開發、運營及制造成本。（3）提取FPGA的實時時序信號，結合DSP的圖像增強算法，快速、全面、實時、有效的對所采集的數字圖像信號進行處理、增強，并進行簡明清晰的顯示，實現有效的駕駛輔助功能，保證駕駛者的行車安全。

3 結語

隨著可編程控制器的大規模核心技術發展，以DSP+FPGA為核心的數字圖像信息處理系統的優勢和發展必要性日趨明顯。同時，伴隨著汽車行業對安全需求的不斷提高，車載紅外夜視系統也逐步普及到各個車型。作為夜視系統的核心參數，圖像顯示質量和圖像處理的實時性的要求也隨之提高。本文設計的以DSP+FPGA為核心的圖像處理系統，可以提高夜視系統的成像質量，同時彌補傳統照明方式無法達到的可視距離，有效的降低夜間行車的安全隱患，為駕駛者保駕護航。

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