能见度是气象观测中的重要参数，其关于航空航天、铁路、公路等具有重要的使用价值。数字摄像法是依据能见度界说以及人眼视觉阈值效应主动取得能见度值的，是一种较为新式的勘探能见度的办法。其基本思路是经过直接处理摄像机（CCD）吸取的选定方针物的图画，剖析亮度信息来取得能见度数值。文章研讨了双光源摄像法夜间能见度丈量办法，规划了依据DSP的小型化嵌入式体系，从硬件和软件规划两方面
对体系进行了研讨，完结了夜间能见度的核算。试验成果表明该体系能够用于夜间能见度的观测。
1 数字摄像法勘探夜间能见度原理
选用双光源法展开夜间能见度勘探的原理如图1所示。
双光源法是依据比尔-朗伯规律，经过图画灰度信息得到光源与黑体的视亮度衰减，然后反演大气消光系数来核算能见度的一种办法。取得的大气消光系数为：
式中：别离为光源1，2，黑体1，2的视亮度；D1和D2别离为光源1，2距摄像机的间隔。
再依据人眼视觉阈值效应得到能见度值为D=ln（1/0.02）/σ。
2 嵌入式体系硬件规划
2.1 体系整体方案规划
体系其首要由方针光源与黑体、摄像机和信号处理渠道组成。信号处理渠道完结信号的图画收集、切割与能见度核算功用。本文规划了一套以TMS320DM642为中心，结合CY37064P100，TVP5150PBS，SAA7121，DMT32240T035_01WN的图画实时收集与处理渠道。该渠道完结图画的收集与切割定位的处理，方针光源与方针黑体的视亮度以及能见度值的核算。图2为体系模块结构图。
选用PAL制式的摄像头供给25帧/s的视频流。CCD收集图画并经过视频解码芯片将输入视频流通化为8位ITU-R BT.656格局视频数据，经过DSP图画处理得到能见度的数值。再经过DM642扩展的串口通讯电路与带串口的液晶屏通讯，把能见度数值显现在液晶屏上。一起视频编码芯片将DSP处理后的BT.656格局的视频数据转化为PAL制式的视频信号，经过监视器显现处理后的方针光源和方针黑体的图画。
2.2 嵌入式信号处理体系硬件规划
2.2.1 视频收集模块
选用8位模仿工业摄像机直接吸取PAL制的视频图画，送入视频解码器。解码后输出ITU-R BT.656格局数据。解码器选用高性能、封装小（32脚TQFP）、功耗小（小于150 mW）的TVP5150PBS，将PAL视频信号转换成数字色差信号（YUV 4:2：2）。图3为视频解码模块与DSP接口图。
在外部视频输入（0~1 Vpp）与TVP5150PBS视频输入之间规划分压电阻网络来使得TVP5150PBS的输入电平为0~0.75 Vpp.
体系设置视频口VP1的A通道作为视频输进口。TMS320DM642的I2C接口完结对TVP5150芯片内部寄存器的初始化和装备。TVP5150芯片的SCL，SDA引脚别离与TMS320DM642时钟、数据地址线相连，经过SCL，SDA的时序合作完结DSP向视频解码器芯片寄存器写入和读出数据。TVP5 150接纳摄像机的视频信息，经过解码后的数据串行输出。数字视频流包括奇偶场指示信号FI、场同步信号、行同步信号、像素时钟、YUV数据输出等元素，数据率约165 Mb/s.
2.2.2 图画处理模块
体系选用TI公司的面向数字媒体使用的32位定点DSP芯片TMS320DM642完结信号处理的进程。TVP5150输出的BT.656视频流经过TMS320DM 642的视频口后存入2 560 B的VP1A通道FIFO.因为图画数据量大，需求外扩片外存储器用于寄存图画数据信息。经过EDMA通道把FIFO中的数据搬入片外存储器SDRAM.当视频口VP1的A通道呈现视频Y，U，V重量数据转移恳求后，在程序中便会触发EDMA处理函数，完结FIFO数据向SDRAM的转移。VP1EVTYA，VP1EVTUA，VP1EVTVA别离为发生在VP1A通道上与视频Y，U，V重量相关的事情，与DM642 EDMA对应通道相连。当FIFO向SDRAM转移完数据后运行在FLASH中的程序开端调用图画数据，进行算法处理，求取光源和黑体的亮度值，完结能见度的核算。
2.2.3 视频显现模块
视频显现部分经过视频编码芯片把BT.656格局的视频数据转化为PAL制式的视频信号，然后送入监视器显现处理后的方针光源和方针黑体图画。选用SAA7121H编码器，将TMS320DM642的VP0 A通道设置为视频输出口。图4为视频编码模块与DSP衔接图，CVBS_OUT为解码输出的复合视频。与TVP5150相同，SAA7121芯片内部各个寄存器的装备经过TMS320DM642的I2C接口装备，且能够与TVP5150共用TMS320DM642的I2C总线。
2.2.4 串口通讯模块
体系在DSP外部经过CY37064P100和TL16C752B扩展串口通？
电路完结主芯片与带串口液晶屏之间的通讯，将夜间能见度值显现在液晶屏上。图5为串口通讯模块规划图。挑选串口液晶屏完结能见度数值的显现和前史曲线的制作。
3 嵌入式体系软件规划
3.1 依据DSP/BIOS和RF5体系软件规划
DSP/BIOS是依据CCS的一个嵌入式操作体系，其多线程机制能够便利进行多使命使用程序的编写。与传统的汇编言语和C言语编写的DSP程序比较，DSP/BIOS能够有效地进步代码履行功率，利于行代码履行情况的实时监控。RF5是依据DSP/BIOS的使用程序规划结构，完结存储办理、线程模型和通道封装。运用RF5参阅结构能够大大缩短开发者的难度和时刻。依据体系需求，在依据RF5参阅结构上进行嵌入式软件的编写，图6为软件程序流程图。
各个处理使命之间选用SCOM音讯机制进行通讯。图画收集使命收集数据后，经过SCOM音讯传输给处理使命；处理使命对图画进行相关的处理及能见度核算后，告诉收集使命进行下一次的收集处理，并将处理的成果传给输出使命进行显现。一起，处理使命和谐该使命和其他两个使命之间的通讯。
3.2 能见度核算的图画处理算法研讨
能见度核算使命是DSP嵌入式软件的中心，其图画处理办法是体系可靠性的要害。数字摄像夜间能见度仪经过图画处理核算两相同亮度光源经过不同间隔衰减之后的方针光源视亮度，依据视亮度反演大气消光系数完结能见度值的丈量。其图画处理进程首要分为图画预处理、图画切割与定位、能见度值的核算三部分。
3.2.1 图画预处理
图画预处理首要对收集的光源图画进行图画滤波处理，以到达去除背景噪声和杂散光等的影响，使方针光源和黑体图画亮度均匀。因为该体系的能见度仪首要安装在高速公路上用于能见度预警，在低雾、雨天等气候条件下，图画的明晰度不高。别的CCD在图画收集和传输图画的进程中也会发生相应的噪声污染。因而，需求对图画进行预处理。
选用了频域增强法使得图画明晰化。对图画进行傅里叶改换，在频域进行滤波处理，再将滤波后的图画反改换到空间域，然后取得增强后的图画。别的使用小波改换在信号去噪和数据压缩范畴的杰出作用，选用小波阈值去噪法。依据信号和噪声频率和幅值不同，对图画进行二维小波改换，依据图画原始信息和噪声小波改换系数的差异，设定阈值去除小波系数中的噪声元素，用经过处理的小波系数进行二维小波反改换得到去噪后的图画。 3.2.2 图画切割与定位
数字摄像法丈量夜间能见度要害在于精确地提取出图画的亮度信息。在亮度的核算进程中，精确地切割出光源图画是核算进程中的要害。简略的阈值切割易形成误判，影响能见度的核算。图画切割研讨适宜的适宜两个方针光源和黑体的切割算法，取光源中亮度比较均匀的部分作为光源和黑体的亮度值。
挑选适宜的USAN区域，使用SUSAN边际检测算子，进行图画的边际检测。依据所得到的边际进行图画的切割，得到光源二值图画。取正方形的模板在光源部分进行亮度值查找核算，求出方框内亮度最大的区域，以此区域作为光源的亮度值。再依据图画尺度与对应像素个数的联系，求出黑体的方位，进行黑体亮度值的核算。图7显现了从图形切割到定位的进程。
3.2.3 能见度值的核算
一般能见度的改变实时性要求不高，可依据DSP核算的功率，每取100张图叠加求均匀亮度，再将核算出的方针光源和方针黑体的亮度值别离代入消光系数σ和能见度D核算公式，完结能见度的核算。
4 试验作用剖析
试验挑选合肥董铺岛观测场所进行能见度试验，试验中选用100帧图画进行均匀来求取亮度值。图8为嵌入式体系核算能见度值经过串口液晶屏的显现。
试验依据合肥6月气候情况，取19:30到第二天的5:00为夜间，丈量能见度。图9为2012年6月8日至6月12日的丈量成果。从丈量成果能够看出数字摄像夜间能见度仪同前向散射能见度仪有简直完全相同的改变趋势，最大相对规范差错为15%，满意世界气象组织关于规范能见度仪差错小于20%的规则。
5 结语
本文规划的依据DSP和CPLD的数字图画处理渠道的规划方案使用到数字摄像夜间能见度丈量中能够得到图画的实时显现与能见度的核算。选用的图画切割与定位算法能够取得较小的亮度差错，能见度值也与人工观测值非常挨近，差错在可接受的20%内。该体系具有可靠性高、实时性强、速度快等特色，经试验验证满意数字摄像夜间能见度丈量的要求，理论上能够使用到夜间能见度的观测傍边，能够作为后期研制的渠道持续展开数字摄像夜间和白日能见度方面的勘探。
