摘要：數字攝像夜間能見度儀的關鍵技術之一在于高速、實時地處理CCD采集的目標光源和黑體的圖像信息。設計了一種基于TMS320DM642的小型化、便攜嵌入式能見度測量系統，從硬件和軟件上給于實現，并將其應用到數字攝像夜間能見度測量中。利用CCD采集25幀/s的PAL制視頻流，數字化后送入DSP處理器，通過DSP實現目標光源與黑體的圖像分割與定位算法，完成數字攝像夜間能見度的測量。實驗結果表明設計的嵌入式系統能較好完成夜間能見度的測量。

　　關鍵詞：DSP;圖像處理；夜間能見度；嵌入式系統

　　0 引言

　　能見度是氣象觀測中的重要參數，其對于航空航天、鐵路、公路等具有重要的應用價值。數字攝像法是根據能見度定義以及人眼視覺閾值效應自動獲得能見度值的，是一種較為新型的探測能見度的方法。其基本思路是通過直接處理攝像機（CCD）攝取的選定目標物的圖像，分析亮度信息來獲得能見度數值。文章研究了雙光源攝像法夜間能見度測量方法，設計了基于DSP的小型化嵌入式系統，從硬件和軟件設計兩方面

　　對系統進行了研究，實現了夜間能見度的計算。實驗結果表明該系統可以用于夜間能見度的觀測。

　　1 數字攝像法探測夜間能見度原理

　　采用雙光源法開展夜間能見度探測的原理如圖1所示。

　　雙光源法是基于比爾-朗伯定律，通過圖像灰度信息得到光源與黑體的視亮度衰減，進而反演大氣消光系數來計算能見度的一種方法。獲得的大氣消光系數為：

　　式中：分別為光源1，2，黑體1，2的視亮度；D1和D2分別為光源1，2距攝像機的距離。

　　再根據人眼視覺閾值效應得到能見度值為D=ln（1/0.02）/σ。

　　2 嵌入式系統硬件設計

　　2.1 系統總體方案設計

　　系統其主要由目標光源與黑體、攝像機和信號處理平臺組成。信號處理平臺完成信號的圖像采集、分割與能見度計算功能。本文設計了一套以TMS320DM642為核心，結合CY37064P100，TVP5150PBS，SAA7121，DMT32240T035_01WN的圖像實時采集與處理平臺。該平臺完成圖像的采集與分割定位的處理，目標光源與目標黑體的視亮度以及能見度值的計算。圖2為系統模塊結構圖。

　　采用PAL制式的攝像頭提供25幀/s的視頻流。CCD采集圖像并通過視頻解碼芯片將輸入視頻流轉化為8位ITU-R BT.656格式視頻數據，經過DSP圖像處理得到能見度的數值。再通過DM642擴展的串口通信電路與帶串口的液晶屏通信，把能見度數值顯示在液晶屏上。同時視頻編碼芯片將DSP處理后的BT.656格式的視頻數據轉化為PAL制式的視頻信號，通過監視器顯示處理后的目標光源和目標黑體的圖像。

　　2.2 嵌入式信號處理系統硬件設計

　　2.2.1 視頻采集模塊

　　采用8位模擬工業攝像機直接攝取PAL制的視頻圖像，送入視頻解碼器。解碼后輸出ITU-R BT.656格式數據。解碼器采用高性能、封裝小（32腳TQFP）、功耗小（小于150 mW）的TVP5150PBS，將PAL視頻信號轉換成數字色差信號（YUV 4:2：2）。圖3為視頻解碼模塊與DSP接口圖。