基于DSP＋FPGA的实时图像去雾增强系统设计

图像信息作为人类感知世界最直观的信息之一，为我们认识世界提供了极大的帮助。近代以来随着微电子技术的不断发展，图像信息经过了从无到有，从模拟到数字，从黑白到彩色，从可见光到多光谱等的不断演进，图像质量（分辨率、清晰度等）也有了极大提高。同时人类对图像质量要求也在不断提高，其中可见光图像由于跟人眼成像最为相近其观感对人的影响更大，因而对其质量要求更高。但受可见光传输及成像机理所限，所成图像往往会受天气如雾霾、光线不足等从成像过程暂时尚无法克服问题的困扰，需要对其进行事后处理。同时，在图像跟踪等应用领域，对图像进行处理所带来的时间延迟对伺服系统又是一种致命的缺点。基于以上问题，本文设计了一种基于TI TMS320C6455+FPGA的实时图像去雾增强系统，并将其应用于工程实际。

本图像去雾增强系统采用DSP+FPGA架构完成。其中DSP使用TI公司生产的高速定点数字信号处理芯片TMS320C6455，该芯片是TI公司基于第三代高速C6000平台开发而成，主频1.2GHz，片上存储器L1P程序缓存256kbit，L1D数据缓存256kbit，L2缓存16Mbit，64位通路的EDMA控制器，EMIF接口支持16bit、32bit、64bit宽度，速度可达100MHz。FPGA采用ALTERA高端StraTIxII系列芯片，型号为EP2S系列EP2S60-F1020C5，该芯片具有逻辑单元60440，RAM总数318024kbit，DSPblocks36个，18bit×18bit乘法器144个，PLL12个，最大使用IO数718个。视频编解码使用3M公司芯片DS90CR285和DS90CR286实现。

本系统结构框图如图1所示。

图1  实时图像去雾增强系统硬件框图

基于DSP+FPGA架构的图像处理系统是当前一种比较成熟稳定且广泛应用的硬件结构，该结构系统中，FPGA通常作为一种调度使用，图像处理算法实现主要靠高速处理信号处理芯片DSP完成，在跟踪等领域图像数据只需单向进入DSP，处理后输出相应参数即可，在实时视频图像处理中大量图像数据只需通过EMIF输入，且输出数据量较小可以实时完成。但在去雾增强过程中图像不仅要输入处理后还需要输出，为了不造成DSP芯片EMIF口阻塞只能实行输入、输出分时进行，对于连续图像数据来说就需要做缓存，如此则会带来相应的数据延迟。为了去除这一延时，本图像去雾增强系统仅将参数求取放入DSP中进行，而去雾增强算法最终实现由FPGA来完成。这样去除了图像数据在DSP与FPGA之间传输时的时延，且FPGA属于纯硬件实现因此实时性更好。