基于DSP的成像制導仿真圖像生成技術研究

新一代精確制導武器系統的研制給光學成像制導仿真目標模擬器提出了新的要求，它要求目標／背景成像仿真系統能夠提供實時變化的動態場景。導彈的實體仿真不僅需要有造價昂貴的導彈或模型，而且要有占地宏大的靶場，還要有大量的人員進行觀測、記錄及控制等一系列工作；而且一經發射，過程不可逆轉，是一件非常費錢、費時、費力的工作。其中基于DSP的圖像生成技術是一項新型而又關鍵的技術，
它可以降低研發成本，減少風險，為系統技術進步提供有力的保障。這里主要給出利用圖像生成技術生成的動態場景，并模擬導彈在俯仰、航向方向工作時動態場景的變化。

1 成像制導仿真系統設計
1．1 系統的組成
為了能夠實現仿真圖像的實時顯示，在設計DSP視頻生成系統時，DSP的選擇該系統設計的關鍵，為此這里選用TMS320C6418型DSP。以TMS320C6418為核心的圖像生成仿真系統的系統原理框圖，如圖1所示。

1．2 系統工作原理
系統初始化時通過DSP將素材圖像送入存儲器SDRAM等待DSP處理，再由FPGA產生的行同步、場同步信號的控制下將處理后的圖像數據通過DsP的EDMA通道送入FPGA的RAM中，在FPGA產生復合同步信號和復合消隱信號的控制下圖像數據經D／A轉換后，合成為標準的模擬視頻信號。
1．3 基于DSP的系統硬件特性
DSP處理系統實現對圖像數據的處理，是整個系統的核心。它由DSP器件TMS320C6418、圖像存儲器SDRAM、程序存儲器Flash構成。
TMS320C6418通過外部存儲器接口(EMIF)與SDRAM、Flash和FPGA連接，構成典型的嵌入式DSP應用系統。TMS320C6418是TI公司新推出的TMS320C64xx系列的一種，主要特點為：片內512K字節RAM；操作速度高達600MHz；支持多種外部存儲器接口，包括SRAM，SDRAM，RAOM，FIF-0；增強的EDMA控制器，有64個EDMA通道。
在實時圖像數字處理器中，采用SDRAM存儲圖像數據有2個優點：一是速度高，存取時間可達8 ns；二是單片容量大，有利于減少圖像處理系統的體積。
對于DSP處理系統，必須擴充片外程序存儲器，這里選用的是Flash存儲器。TMS320C6418的RAM(L2)容量達到512 KB，而DSP系統的應用程序通常不是特別大，因此，在系統上電以后將使用的程序裝載到L2中，這樣可以提高程序的訪問速度。
1．4 基于DSP的系統成像制導仿真圖像生成軟件
1)DSP初始化程序 完成上電復位以后的初始化工作，主要包括對外部存儲器件SDRAM、Flash的配置和初始化及將素材圖像數據搬入SDRA-M。
2)DSP系統圖像數據的傳輸程序 在圖像生成中存在大量的數據傳輸，包括：目標和背景數據傳輸，以實現圖像數據的融合處理；SDRAM與DSP內部RAM的數據傳輸，以實現目標提取的處理；SDRAM與FPGA的RAM的數據傳輸，以實現視頻圖像的實時顯示。
3)圖像處理程序 根據圖像的特點選擇合適的圖像處理算法，提取目標，給控制端提供脫靶量，以實現圖像的閉環跟蹤。
4)制導控制程序 根據外部輸入的輸入條件，即跟蹤、掃描等命令，使其能夠模擬導引頭工作時真實場景的動態變化。

2 成像制導仿真圖像生成關鍵技術
2．1 背景和目標的模型建立
目標是指軍事武器作戰的對象物，而背景是除目標之外的一切空間物質。目標與背景是相對的，同一物體有時可以成為目標，有時也可以是背景。對于成像制導而言，根據目標與背景所在地理位置高度或性質的不同，可把目標與背景分成3類：空中目標與天空背景、海面目標與海洋背景、地面目標與地物背景。
背景圖像的生成可以使用形狀規則的矩形光柵圖像，例如帶有天空和地面的*．bmp位圖圖像。在某些特定的場景中還需要花、草、樹、汽車、房屋等不規則形狀的目標光柵圖像，例如要在已有的場景中生成一顆大樹，如何才能透過樹葉和枝桿的縫隙看到后面的景物。這在DSP中沒有專門的函數來進行處理。但可采用以下方法實現：
1)首先用3DMAX軟件生成所需要的花、草、汽車等，生成文件為*．BMP位圖文件格式，用PHOTOSHOP軟件將感興趣的圖像將其對比度、亮度加以調整。將其位圖圖像做成矩形，便于DSP算法處理。
2)背景與目標的融合，確定目標的位置后，需要把背景和目標融合起來。但是由于背景與目標之間存在亮度差，如果簡單地重疊，就會出現明顯的縫隙。為了達到無縫融合，把背景與目標重合區域的邊緣按一定的加權值合成為新的邊緣。

式中，Inew為合成的新的邊緣圖像，I1和I2為目標與背景重疊區域的邊緣圖像，w為加權系數。