基于ADSP-BF561的红外目标检测与跟踪系统的设计

　　系统硬件设计

　　本系统的硬件由ADSP-BF561 处理器、FLASH、红外视频采集模块、显示与控制模块等组成，如图1所示。FLASH用于上电初始时为DSP加载程序，可保证在掉电后，DSP程序不丢失。FLASH选用ADI公司的AM29LV800DB,数据宽度配置成16bit。容量为1Mbit。

　　1. 红外视频采集模块

　　红外视频采集模块主要由IR130型制冷式凝视型红外热像仪、AM26LV32芯片和外扩SDRAM组成。红外热像仪具有宽窄两种视场，成像尺寸为320×256像素2。输出的数字视频信号由数据时钟、行同步信号、场同步信号和图像数据构成，我们采用通用输入模式，即非ITU-656输入模式。时钟信号连接到BF561的PPI0_CLK引脚上，作为并行数据传输的时序基准，行同步和场同步信号分别接在BF561中的PPI_FS1和PPI_FS2引脚上，在BF561内部，这两个引脚连接到了定时器的PWM电路，通过设置TIMER1和TIMER1的相关寄存器来设定视频信号的同步时序参数。由于图像信号为RS422LV电平，而BF561处理器的可处理的电平信号是TTL电平，因此需要先对红外图像信号进行电平转换。PPI0连接图如图2所示。

　　由于进行目标检测与跟踪需要多帧图像积累，需要的存储空间较大。本系统采用1片32MByte的SDRAM来存放红外图像数据，SDRAM与BF561之间电气连接图如图3所示：

　　红外图像数据经过AM26LV32电平转换芯片转换为TTL电平后，由BF561处理器的PPI0接口通过DMA自动存放在SDRAM。

　　2. 显示与控制模块

　　监控模块主要由LCD液晶显示器、上位机、ADV7171芯片组成。显示器用来显示采集的灰度图像、检测并跟踪到的目标、目标方位角和高低角、伺服转台的方位角和高低角、系统状态。上位机可以通过网口进行目标选择、算法选择、各种参数配置等操作。BF561将处理后的红外图像进行编码，使图像符合ITU-656 PAL制式视频格式，然后通过ADV7171芯片编码转化成为PAL制式的模拟视频信号输出到LCD液晶显示器中。由于PAL制式中能显示的一帧有效图像数据是720×625像素，而红外图像格式是320×256像素，为了充分利用显示屏，本系统通过进行4次MDMA，把图像扩大为640×512像素。屏幕的剩余尺寸用来显示跟踪数据和各种状态信息。

　　BF561接收从网口传来的上位机的各种指令。网口采用了Standard Microsystems Corporation SMSC)公司的以太网控制器LAN91C111芯片。该芯片提供了面向嵌入式应用的网口解决方案,内部有一个内存管理单元,可以有效地动态分配内存,减轻处理器的工作,支持同步和异步传输。

　　系统软件设计

　　红外目标检测与跟踪系统的软件包括：系统初始化模块、监控模块、图像采集模块、目标检测与跟踪模块，整个软件程序烧入FLASH中保存。在系统运行过程中，目标检测与跟踪模块耗时最多，计算量最大。为均衡BF561的计算负荷，提高系统运行效率。我们让BF561处理器的两个内核负责不同的软件模块，两核之间通过共享数据区L2设置信号量来协同工作。程序开始运行后，系统工作过程如下：

　　(1)Core1调用系统初始化模块完成系统的初始化。

　　(2)Core1调用监控模块读取用户对目标特性、检测算法和跟踪窗等配置。

　　(3)Core1调用图像采集模块，配置相应的PPI和DMA控制寄存器，使其符合所需要接收红外图像视频格式，打开DMA和PPI接收图像，并将采集的图像数据存入SDRAM。

　　(4)Core2调用目标检测与跟踪模块。该模块先从SDRAM中读取长度为 的图像序列并进行帧间配准，采用帧间差的方法确定目标运动区域，并对多帧帧间差进行累积来消除帧差造成的空洞效应。然后对累积图像进行阈值分割，并通过开运算清除大部分的噪声。最后利用目标在帧间运动的连续性和一致性来确定目标在图像平面上的位置。模块采用 滤波器实现对目标的跟踪过程。

　　(5)Core1调用监控模块，在当前帧上标定目标位置，并将目标诸元和系统各种状态信息等形成字符点阵叠加到当前帧上。并驱动显示与控制模块输出视频，将有用信息打包发送至网口，供上位机接收。

　　软件工作流程如图4所示。