行相关技术在视频处理中的应用
2009-02-18
作者：辛保凤
摘 要： 视频处理的功能是如何从视频信号中提取有价值的目标信号。介绍了利用电荷耦合器件以及相关技术来提高弱信号检测能力的一种方法。
关键词： 视频信号处理 电荷耦合器件 延迟相关
光电跟踪系统中的视频信号主要是从电视摄像机和红外热像仪中获取。视频处理就是从所获取的视频信号中提取高低空和掠海飞行导弹以及各类运动的目标信号，尤其是在目标比较小，背景复杂的情况下，能够提取弱小目标信号。在视频处理中应用行相关技术，能显著提高弱信号的检测能力，从而提高整机的目标识别性能。
1 原理介绍
视频处理见框图1。
全电视信号经视频预处理后延迟一行，去掉噪声与下一行视频信号进行比较再相加、相乘或进行其它特殊相关处理，使所获取的信号噪声小，并得到增强和有效放大后输出。在本设计中，视频信号能去掉噪声的关键是采用了电荷耦合器件CCD－321视频延迟线，它的电路图如图2所示，定时图如图3所示。
它是一种电子可变换模拟延迟线，功能包括延迟和暂存模拟信息，时间相关和信噪比增强。它由二个455bit的移位寄存器组成，每个有自己的电荷注入端和时钟端、输出端。一个64μs的全电视信号可以在14.318MHz采样频率下储存。每个模拟移位寄存器的电荷块被送到相应的输出放大器，从而获得连续输出波形。该器件信号带宽5MHz，增益3～6dB，信噪比55～60dB，特别适用于取样信号处理。
2 电路设计
2.1 电路结构
电路设计如图4所示。视频预处理电路包括视频放大、钳位、视频分配等。IC1及外围元件构成振荡电路，与IC2、IC3、IC4(为移位、整形电路)一起共同完成CCD－32所需的φ1A、φSA定时波形，另一路所需定时波形φ1B、φSB电路与之相同(图略)。IC5为CCD－32芯片，IC6为乘法电路，IC7为加法电路。经视频预处理后的视频信号从两个电荷输入端V1A(3脚)、V1B(13脚)输入，在时钟脉冲φSA(5脚)、φSB(11脚)的作用下，依赖于V1A和VRA(4脚)(V1B和VRB同)电位差的电荷块被传入移位寄存器A、B。4脚与12脚供给直流电压(图略)。移位寄存器将各自的电荷块从注入端转移到相应的输出放大器。每个寄存器在1～1/2相位方式下操作，其中一个相位(φ1A或φ1B)是一个时钟，另一个相位V2是一个中间直流电位。相位φ1A和φ1B是完全独立的，V2对两个寄存器是共同的直流电压。
两个输出放大器分别将移位寄存器的电荷块送到相应的输出放大器，每个输出放大器由三级跟随器组成。采样保持晶体管位于第二级和第三级放大器之间，采样保持晶体管被φRA或φRB处的时钟采样，从而获得如时序图所示的连续输出波形VOA(1脚)和VOB(15脚)，两路信号经BG1、BG2、BG3线路合成整理后送到乘法器或加法器，然后与预处理过的视频信号相加或相乘后输出。输出信号可供选择。
2.2 注意事项
·振荡电路的频率要稳定，CCD－321各脚所需的电压要保证，尤其是4个定时波形要规整，幅度不要太高，否则通道的视频信号合成不理想。
·在减少视频信号噪声的同时，还需注意视频信号的直流传输问题。视频带宽从“零频”到6MHz的变化就是信号中接近直流的慢变过程，直流分量丢失后不仅使平均亮度改变，而且信号的动态范围加大，致使传输通道的动态范围增加。因此利用视频信号固有的消隐电平、单极性变化和固定的行、场周期等特点，将视频信号的消隐电平钳制在同一固定电平上，既可以恢复失去的直流分量，又可以消除信号中的低频干扰。
·所供电源纹波要小。数字地线与模拟地线要分别设置。
总之，行相关视频处理电路应用在光电跟踪器中效果较为理想，尤其是在阴雨天，对迎面而飞的弱小目标的提取能力明显增强。若与数字去噪电路结合使用，则效果更为理想。
参考文献
1 周祖成.电荷耦合器件在信号处理图像传感中的应用.北京：清华大学出版社，1999