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1、一种双谱段日盲紫外视频实时融合系统的设计以高速数字信号处理器(DSPs)为基础的实时信号处理技术近年来发展迅速，并获得了广泛的应用。TMS320DM6421(简称DM642)是德州仪器公司(Texas Instrument,TI)新近推出的高速定点DSP芯片，其峰值处理能力达到5 760 MIPs，是目前国际上性能最高的DSPs之一。本文介绍了利用此款芯片设计的一种日盲紫外电晕探测系统，该系统利用两台相机采集图像。其中一台是紫外光增强CCD，另一台为可见光相机。令两相机的视场重合，则利用紫外相机检测电晕，利用可见光相机进行定位。 1日盲紫外视频图像融合系统2，3 太阳光谱盲区又称为日盲区，是指
2、波长在200280 nm的紫外波段，这一术语来自下列事实：自然界中的紫外辐射主要来自于太阳辐射。太阳紫外辐射在通过大气层时，不仅由于氧气的作用滤去了其中的真空紫外成分，在对流层上部的臭氧层对200300 nm紫外线有强烈的化学吸收，太阳中这一波段的紫外辐射在近地大气中几乎不存在，形成日盲区。近几年，利用这种自然现象进行紫外目标探测得到越来越多的重视。因为没有太阳辐射的干扰，虚警率低，常常应用于军事上来袭导弹的告警和民用的紫外辐射目标探测等领域。 在电力行业中，绝缘子的缺陷、导体的破损或污染会导致高压电力设备的电晕放电，因此可以通过检测电晕的位置来定位上述故障点。一般而言，电晕放电在可见光波段的
3、能量非常微弱，而在日盲紫外波段则相对较强，但是单独使用紫外探测器却无法获得可见光图像进行定位。为此设计了一种紫外电晕检测系统用于电晕的检测与定位，如图1所示。 系统由输入模块、输出模块、控制板和图像处理板等四部分组成： (1)输入模块，包括可见光CCD相机、日盲紫外增强CCD相机和键盘。光学设计使得两相机的视场完全重合；用户通过键盘来操控仪器的运行。 (2)输出模块，包括液晶显示器(LCD)、通用录像机和PC机。LCD用于实时显示输出的视频图像。用户可将输出连接到录像机上转录感兴趣的视频；还可将感兴趣的画面压缩为JPEG文件4，5并存储到系统内部的闪存（4 MB Flash）之中，并通过USB
4、接口将这些画面下载到PC机中。 (3)控制板，主要任务包括两个方面：控制紫外相机的焦距与可见光相机保持一致；通过键盘来响应用户发送来的控制指令。 (4)图像处理板，是双光谱数据融合应用系统的核心部分，采用DM642芯片作为中央处理器，主要用于将两路输入视频信号进行融合，生成一路输出视频信号。4 MB的闪存（Flash Memory）通过DM642外部存储器接口（EMIF）与DM642相连6，用于存放DM642的程序代码、用户的截图和用于屏幕显示(On Screen Display，OSD)的点阵字库。 2图像融合算法 21二维离散小波变换7 小波变换是由法国科学家Morlet进行地震数据分析时
5、提出的，并用于信号分析中对信号进行分解。1986年，从事信号处理与研究工作的Mallat将计算机视觉领域的多尺度思想引入到小波函数的构造中，形成了统一的小波函数构造理论，并研究了小波变换(Wavelet Transform，WT)的离散化问题，给出了与快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)相对应的快速小波算法Mallat算法，并将它应用于图像处理中。 (1)小波快速分解算法 离散二维小波变换是一维小波变换的直接推导，其快速分解算法表达式为 式中,H和G分别是小波函数的低通和高通滤波器；下标c表示对行进行操作；r表示对列进行操作。如果输入的是离散图像信号，则一次分
6、解后所得到的四部分输出分别经过了不同的滤波器，代表了原始图像的不同信息。其中cj经过行和列两个方向的低通，对应于原始离散图像在下一尺度上的概貌；dj1经过行方向上的高通、列方向上的低通，对应于水平方向的细节信号在垂直方向的概貌。相应地，dj2表示的是原始信号垂直方向的细节信号在水平方向的概貌；dj3表示的是沿对角线方向的细节。 22基于小波变换的图像融合8,9 基于小波变换的双光谱图像融合算法就是将待融合的原始图像首先进行二维小波分解变换，然后在特征域上进行融合，再进行逆变换重建融合图像。算法分三步，即小波分解、融合及重构。图像融合方框图如图2所示。其中X为可见光图像;Y为紫外图像。 利用式(
7、1)(4)对图像进行多分辨小波分解，得到原始图像的低频子图像以及水平、垂直和对角方向上的高频子图像。 图像经过小波分解后，再选取融合规则即融合算子，融合规则的选择关系到融合的质量，也是图像融合中至今尚未很好解决的难点。目前，广为采用的融合准则可被概括为基于像素的融合规则。但是由于图像的局部特征往往不是由一个像素所能表征的，它是由某一局域的多个像素来表征和体现的；同时，通常图像中某一区域内的各像素间往往有较强的相关性，因此，基于像素的简单融合规则具有片面性，其融合效果有待改善。基于以上考虑，为了获得视觉特性更佳、细节更丰富的融合效果，分别对低频和高频对象进行融合。 对低频子图像，低频图像反映的是
8、原始图像的近似特性，因此采用了融合方法：比较两幅图像对应点的值。如果两个值的差小于阈值，则取两个值的平均作为融合值；如果两个值的差大于阈值，则取大值为融合值。 对于高频子图像，高频部分包含了边缘信息，变化较剧烈，因此对三个方向的高频图像采用一种基于区域的融合方法。该方法的步骤如下：首先，利用MN(一般为奇数，常用窗口为33或55)窗口计算小波高频各子图像系数的均值和方差。子图像均值为 3试验结果与讨论 本文介绍了利用DM642 DSP芯片设计的一种日盲紫外电晕探测系统，该系统实质上是一种像素级数据融合系统。在本文系统中实现了日盲紫外和可见光两路输入视频信号的融合，视频分辨率为720576，采用二维Harr小波对每帧视频图像进行二尺度分解。图3 给出了系统在不同显示模式下输出的实验结果。 结果表明，此方法能够充分有效地将两种不同谱段的信息融合在一起，输出视频达到预期效果，实现了观测电晕的同时确定电晕产生的部位。实际应用表明，在DM642中采用本文的融合方法能够满足25 fps的实时性要求。