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1 引言
機動車在夜間行車會車時，對面汽車車燈的強光會對駕駛員產生視覺盲區，從而引發嚴重的交通事故。為了徹底消除這種由于汽車暈光產生的交通隱患，本文提出一種基于DSP和圖像處理技術的抗暈光圖像采集系統解決方案來解除夜間行車眩光。目前獲取圖像主要采用CCD和CMOS圖像傳感器，其中。CMOS圖像傳感器具有功耗小、成本低、單一電源驅動、使用壽命長、易于片上系統集成等特點，適用于抗暈光圖像采集系統。本文提出抗暈光圖像采集系統采用OmniVision公司推出的CMOS彩色圖像傳感器OV7620代替傳統CCD圖像傳感器，該傳感器可由軟件編程控制，能直接輸出數字圖像信息，而且大大降低系統設計難度，減小系統體積，提高了系統設計的靈活性和穩定性。 2 系統硬件設計
本抗暈光圖像采集系統是由圖像采集和圖像處理組成。其中，圖像采集部分由兩路OV7620圖像傳感器實現；圖像處理則由TMS320C6414實現。EPM3128通過編程設置輸出每個存儲器地址。其系統框圖如圖1所示。
2．1 圖像采集部分
在抗暈光圖像采集系統中，TMS320C6414通過通用GPIO端口模擬I2C總線，設置OV7620的內部寄存器參數．使其完成相應功能。OV7620可提供00H～7CH共125個寄存器，用于控制傳感器，可設置傳感器的快門方式、積分時間、A／D轉換器工作特性、伽馬校正和開窗口位置、輸出數據格式、幀頻、像素時鐘等參數。其中，直接影響像元積分時間的寄存器為曝光量控制寄存器、時鐘預分頻器寄存器和幀頻調整寄存器。OV7620通常默認為I2C總線上的主器件，可將寄存器29的第6位置1，將其改為I2C總線的從器件，因此，I2C總線的主器件TMS320C6414可對0V7620寫操作。當TMS320C6414的引腳SBB為低電平，才能完成I2C總線初始化，此時OV7620作為從器件，支持400 Kbit／s的7位地址數據傳輸協議。將OV7620內部寄存器28的第5位置1即為逐行掃描方式；寄存器13、14的第5位置0即16位的YUV422-640x480像素的數字圖像數據(高8位為亮度信號，低8位為色度信號)；輸出設置25幀／s。OV7620的視頻時序電路產生行同步、場同步、混合視頻同步等同步信號和像素時鐘等內部時鐘信號，EPM3128根據這些同步信號確定圖像的讀寫操作以及相關處理。本系統采用單幀圖像數據輸出處理方式。EPM3128通過I／O端口將IS6lLV51216的引腳CE、WE、LB、UB置為低電平，OV7620則將16位圖像數據輸入至IS6lLV51216。OV7620的內部控制位SRAM信號為高電平表示處于外部RAM狀態，此時所有的數據總線變為三態并準備發送數據。OV7620向外部SRAM輸出單幀圖像數據的時序圖如圖2所示。首先判斷傳感器的內部控制位SRAM，當SRAM為高時OV7620進入外部RAM，接著通過EPM3128發送初始化脈沖至AGCFN來獲得一幀數據。但由圖2看出移出的數據并不完全是有效圖像數據，有效圖像數據是由HREF(水平參考輸出)、VSYNC(場同步信號)共同確定。因此需判斷VSYNC是否為1且HREF上升沿是否到來。如果是上升沿則表明傳感器開始輸出有效數據。當HRFF=l時，像素時鐘PCLK計數，并把計數值傳輸至外部SRAM的地址總線，同時將OV7620輸出的圖像數據DATA傳輸給SRAM的數據總線，對外部SRAM寫操作；當HRFF=O時，計數暫停。OV7620發送完一幀數據后VSYNC=0，因此，可通過判斷VSYNC是否為O來停止計數器計數并結束圖像采集。
2．2 圖像處理部分
TMS320C6414是TI公司推出的一款高性能數字處理器，具有強大的硬件結構和軟件系統，可適用于抗暈光圖像采集系統。TMS320C6414的L2容量為l024KB，通過cache配置寄存器(CCFG)的L2MODE字段把L2配置為第5種模式，即把片內SRAM設置為768 KB。TMS320C6414經EMIFA端口，以EDMA方式將圖像數據同步讀入內部SRAM。增強型直接存儲器訪問(EDMA)用于實時圖像數字信號處理，可在CPU后臺完成存儲空間中的數據轉移，把外部存儲器中的圖像數字信息快速、高效地傳輸到DSP內部SRAM中。設置EER控制寄存器的EVT4位為l，即采用EDMA的第4通道(EDMA4)采集圖像數據。該通道配置為32位傳輸方式，每次中斷搬移一幀圖像數據存入內部SRAM。為了同步采樣，第一路OV7620的SRAMl和VSYNCl可通過與非門控制兩路OV7620同步采樣并分別存儲到各自連接的IS6lLV51216中；VSYNCl下降沿標志OV7620一幀圖像數據輸出結束，VSYNCl經反向器接至TMS320C6414的AF5引腳觸發EDMA4中斷，并同時讀取IS6lLV51216中存儲的圖像數據。CPU采用閾值化分割算法來處理圖像信息。在TMS320C6414控制下同步進行圖像信息的傳輸和處理，完全滿足系統的實時要求。TMS320C6414外接40 MHz的晶體振蕩器，CLOKMODE[l：0]設置為10，使其內部頻率高達480 MHz。DSP通過I／O端口檢測OV7620的同步信號VSYNC、CHSYNC以及像素時鐘PCLK，保證DSP能夠準確讀取OV7620輸出的數字圖像數據。在同步信號和像素時鐘的干預下保存采集的數字圖像數據，保證傳輸數字圖像的完整性。圖3所示為第一路圖像采集系統硬件電路圖。
3 系統軟件設計
在CCS(Code Composer Studio)編譯環境下，采用C語言和線性匯編進行編程。計算機通過JTAG接口把編譯成功的系統程序寫到外部Flash中，使軟件在硬件平臺上高速、穩定、可靠運行。系統軟件設計流程如圖4所示。
TMS320C6414采用閾值化分割算法，即把第一路OV7620的曝光時間設定為1／50 s，將采集到的圖像信息存儲到存儲器1中(通過EPM3128設置存儲器l的地址最高位為0，即為0XXXXXXXXXXXXXXXXX)；把第二路OV7620的曝光時間設定為l／l 000 s，把采集到的圖像信息存儲到存儲器2中(通過EPM3128設置存儲器2地址的最高位為1，即為lXXXXXXXXXXXXXXXXXX)。兩路OV7620在TMS320C6414控制下同步采樣同一景物，并設置亮度閾值為245。TMS320C6414從存儲器l中依次讀取每一個存儲單元的數值并判斷其亮度值。如果該像素點的亮度值小于245，無暈光，則把該像素值和地址值暫存到DSP內部的SRAM中；如果該像素點的亮度值大于或等于245，并有暈光產生，則丟棄該存儲單元數據，而從存儲器2對應地址(0XXXXXXXXXXXXXXXXX換成lXXXXXXXXXXXXXXXXX)單元中讀取像素值和地址值。存儲完一行像素后。判斷所有像素地址的起始位是否為l。若起始位為l，說明有暈光產生。此時取該像素值以及前后各3個像素值，共7個像素值求平均值，把平均值代替該像素值，直到該行像素處理完后輸出；若起始位不為l，說明無暈光產生，直接輸出像素值。若暈光在一幀圖像的開頭或者結尾產生，則只取符合條件的像素值求平均值。該算法可以根據具體采樣的不同信息自由設置閾值大小，求平均值像素的總數，具有良好的靈活性。
采用索尼DCR—DVD808E數碼攝像機及Plink數據采集卡，通過PC機采集單幅靜止圖像。第一次實驗，相機曝光時間設定l／50 s的采集圖像，汽車車燈亮度較強，產生暈光，所以無法分辨車燈外部輪廓以及車牌號，而光線相對較暗的遠處人群可以看見；第二次試驗，相機曝光時間調整為1／1 000 s的采集圖像，亮度較強的車燈外部輪廓以及車牌號均可見，而遠處人根本看不見。利用MATLAB對兩幅圖像進行閾值化分割算法仿真，閾值設為245，經過處理后的整體圖像比較清晰達到預期效果。圖5所示為MATLAB仿真圖。
4 結語
抗暈光采集系統在交通安全方面徹底消除汽車行車時產生的暈光，大大減少交通事故的發生，從而保障人民生命財產安全。而在工業電弧焊機焊接方面，該系統不但可以保護操作人員的身體健康，而且還大大提高焊接質量。因此，抗暈光采集系統的研究具有重要的實用價值。
66821730(技術支持)
