長(zhǎng)期以來，部隊(duì)執(zhí)勤,、反恐所使用的輕武器大部分使用機(jī)械瞄準(zhǔn),，即三點(diǎn)一線，這種依靠射手目視估計(jì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離,、方向,、速度，判斷瞄準(zhǔn)位置的方式射擊命中率低,，射擊人員暴露,，對(duì)人身安全帶來威脅。為了提高部隊(duì)作戰(zhàn)靈活性,、晝夜作戰(zhàn)能力以及自我保護(hù)能力,，近年來單兵武器配備符合機(jī)動(dòng)性要求的小型化(微光、熱成像,、可見光CCD)視頻電子" title="視頻電子">視頻電子瞄具,，已成為重要的發(fā)展方向。輕武器視頻瞄準(zhǔn)器是美軍
“地面勇士”系統(tǒng)中單兵作戰(zhàn)頭盔化夜視眼鏡的基本載體,。
視頻字符疊加是在模擬視頻信號(hào)中混入按照視頻時(shí)序格式排列的字符點(diǎn)陣電壓,，實(shí)現(xiàn)把封裝在存儲(chǔ)器中的字符數(shù)據(jù)，按照像元位置與掃描時(shí)間的映射關(guān)系,，通過模擬開關(guān)與原始視頻圖像" title="視頻圖像">視頻圖像信號(hào)切換,，合成為新的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)輸出，從而在屏幕的指定位置上顯示出人為添加的字符信息,。輕武器視頻電子分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的機(jī)械瞄準(zhǔn),，將瞄準(zhǔn)十字分劃與視頻圖像信號(hào)進(jìn)行電子疊加，用十字分劃壓住目標(biāo)進(jìn)行射擊,，瞄準(zhǔn)精度較高,，而且可根據(jù)環(huán)境溫度、風(fēng)速等因素改變瞄準(zhǔn)分化,，構(gòu)成簡(jiǎn)易電子火控系統(tǒng),，提高射擊的一次命中率。同時(shí),，這也能改變傳統(tǒng)射擊方式,，真正實(shí)現(xiàn)人槍分離,，提高官兵的自我保護(hù)能力。它與普通視頻字符疊加系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)別就是疊加分劃線要進(jìn)行可控二維滿屏移動(dòng),、疊加的字符具有實(shí)時(shí)顯示更新功能,、分劃線位置精度要達(dá)到像素級(jí)水平。設(shè)計(jì)采用模塊化方式,，硬件系統(tǒng)可靠性強(qiáng),，集成度高，具有
通用性,，能與火控系統(tǒng)結(jié)為一體,，也能與其他功能模塊結(jié)合，形成能夠自動(dòng)測(cè)距,、測(cè)速,、調(diào)整放大倍率和修正偏差的全天候觀、測(cè),、瞄合一的綜合瞄準(zhǔn)設(shè)備,，提高了武器的作戰(zhàn)效能，使單兵戰(zhàn)斗武器具備全天候的精確射擊能力,。
1 MAX7456結(jié)構(gòu)及工作原理
MAX7456單通道單色隨屏顯示(OSD)發(fā)生器為本視頻分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的核心,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖1所示。它集成了產(chǎn)生用戶定義的OSD并加載到輸出信號(hào)所需的全部功能,。MAX7456能夠接收NTSC制式或PAL制式復(fù)合視頻信號(hào),。器件包括輸入鉗位、同步分離器,、視頻時(shí)序發(fā)生器,、OSD插入復(fù)用器、非易失字符存儲(chǔ)器,、顯示存儲(chǔ)器" title="顯示存儲(chǔ)器">顯示存儲(chǔ)器,、OSD發(fā)生器、晶體振蕩器以及讀／寫OSD數(shù)據(jù)的SPI兼容接口和視頻驅(qū)動(dòng)器等,。此外,，MAX 7456還為系統(tǒng)同步提供場(chǎng)同步、行同步和同步丟失輸出信號(hào),。時(shí)鐘輸出信號(hào)支持多個(gè)器件的菊型鏈接,。復(fù)合基帶視頻信號(hào)輸入到芯片后，首先經(jīng)過一個(gè)鉗位電路,，產(chǎn)生一個(gè)直流偏置電平,，可方便片上同步檢測(cè)和視頻信號(hào)處理，同時(shí)還可以消除低頻噪聲,。同步分離器可從視頻信號(hào)中分離出行同步和場(chǎng)同步,，并可用作字符疊加同步與失同步的檢測(cè),。顯示存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)了480個(gè)字符地址，疊加的字符或圖片信息根據(jù)這些地址被存到字符存儲(chǔ)器中相應(yīng)單元,，字符存儲(chǔ)器是一個(gè)256行64 Byte寬度的非易失存儲(chǔ)器,，預(yù)裝了256個(gè)字符和圖形，用戶可通過SPI兼容串行接口" title="串行接口">串行接口可以設(shè)置工作模式,、顯示存儲(chǔ)器以及字符存儲(chǔ)器,。狀態(tài)(STAT)寄存器、顯示存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出(DMDO)寄存器和字符存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)輸出(CNDO)寄存器都可讀,，可以對(duì)其進(jìn)行寫操作和讀操作。每個(gè)字符由12行×18列像素點(diǎn)組成,，每個(gè)像素點(diǎn)用2 Byte數(shù)據(jù)表示表示3種狀態(tài)即白色,、黑色和透明，因此每個(gè)字符需要54 bit像素?cái)?shù)據(jù)來存儲(chǔ),。另外,，它還具有特殊的字符顯示功能，例如：閃爍,、反色,、背景控制等。OSD發(fā)生器產(chǎn)生OSD點(diǎn)陣像素的狀態(tài)和是否疊加的控制信號(hào),，OSD疊加器根據(jù)控制信號(hào)來選擇輸出視頻信號(hào)還是輸出OSD信號(hào),。補(bǔ)償電路可以通過較小的輸出耦合電容來降低線路失真。該器件的視頻驅(qū)動(dòng)器輸出具有2 V／V增益,，6 MHz的信號(hào)帶寬,，可以驅(qū)動(dòng)兩路150 Ω視頻負(fù)載。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本主系統(tǒng)由CCD視頻圖像采集器,、單片機(jī),、MAX7456視頻疊加" title="視頻疊加">視頻疊加顯示芯片、供電電路,、顯示器,、鍵盤及相關(guān)電路系統(tǒng)組成，同時(shí)預(yù)留溫度傳感器,、風(fēng)速風(fēng)向傳感器,、電子羅盤、激光測(cè)距儀接口,，實(shí)現(xiàn)了疊加圖像與場(chǎng)景圖像同顯,、手動(dòng)調(diào)節(jié)瞄準(zhǔn)用十字分劃位置。外接12 V鋰電池供電,，經(jīng)7805轉(zhuǎn)化為供單片機(jī)使用的5 V,，系統(tǒng)設(shè)置提供掉電存儲(chǔ),。其系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理框圖如圖2所示。
考慮到實(shí)現(xiàn)功能以及設(shè)計(jì)小型化的要求,，系統(tǒng)采用STC12C5608單片機(jī)作為主控芯片,，它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，可以滿足多方面的性能要求,，高性能,、低成本、低功耗,、小體積特別適合于集成度要求高,、充電不便的場(chǎng)合。同時(shí),，本款單片機(jī)同時(shí)具備SPI串行接口和UART串行接口,，由于MAX7456視頻疊加模塊只有SPI兼容串行接口而沒有UART接口，所以單片機(jī)不但充當(dāng)上位機(jī)通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)到MAX7456視頻疊加芯片的中介,，而且也作為十字分劃線在鍵盤控制下實(shí)現(xiàn)全屏幕移動(dòng)的主控芯片,，以及傳感器信息的處理器。
每個(gè)單片機(jī)控制一片視頻疊加芯片,，SPI通信方式采用單主機(jī)單從機(jī)的配置模式,，在設(shè)計(jì)中，將單片機(jī)的4個(gè)引腳P1.4(＼SS),、P1.5(N-OSI),、P1.6(MISO)、P1.7(SCLK)分別和MAX7456視頻疊加芯片的對(duì)應(yīng)端口相接,。為了方便觀察與調(diào)試,，設(shè)置單片機(jī)電源指示燈，通電紅指示燈亮,。在單片機(jī)引腳上加了一個(gè)端口指示燈,，當(dāng)單片機(jī)下載程序時(shí)，指示燈紅,、綠燈閃爍,。當(dāng)單片機(jī)程序運(yùn)行正常時(shí)，指示燈綠燈正常閃爍,。圖3所示給出的是MAX7456的硬件電路,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
為適應(yīng)對(duì)多種目標(biāo)在各種環(huán)境下的瞄準(zhǔn)射擊，可用十字分劃瞄準(zhǔn)射擊,。輕武器視頻電子槍瞄準(zhǔn)疊加與普通視頻字符疊加的關(guān)鍵區(qū)別就是,，疊加分劃線要進(jìn)行可控二維滿屏移動(dòng)，分劃線能在水平和垂直方向進(jìn)行移動(dòng)。在分劃線移動(dòng)時(shí),，由于圖形是以字符的形式存儲(chǔ)和顯示,，所以，為了實(shí)現(xiàn)分劃線按像素移動(dòng),，需特別注意軟件的實(shí)現(xiàn),。設(shè)計(jì)主要包括：PC機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，它們共同完成十字分劃瞄
準(zhǔn)線,、相關(guān)字符提示信息以及傳感器獲取信息的疊加,。PC機(jī)軟件主要完成對(duì)MAX7456字庫點(diǎn)陣信息的編碼，字符信息的更改,，字符,、十字分劃線位置的移動(dòng)，以及對(duì)系統(tǒng)的管理,。單片機(jī)程序是系統(tǒng)軟件的重點(diǎn),，主要實(shí)現(xiàn)修改字符串、顯示字符串,、清除字符串、十字分劃線的全屏移動(dòng)等功能,。如圖4所示,。
3．1 修改字符串
MAX7456芯片的字符存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)256個(gè)字符信息，當(dāng)需要更換疊加信息時(shí),，通過修改字符串程序,，將PC機(jī)產(chǎn)生的字庫點(diǎn)陣信息寫到字符存儲(chǔ)器中，寫完后打開顯示使能
}
3．2 十字分劃線產(chǎn)生
視頻疊加芯片MAX7456關(guān)于疊加圖像點(diǎn)陣數(shù)據(jù)在字符存儲(chǔ)器(E2PROM)中的存放采用的是“屏幕存儲(chǔ)映射”方式,，即屏幕上每一個(gè)像素點(diǎn)都和一個(gè)顯示存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng),，分劃線和字符在屏幕上顯示的行列位置取決于它在顯示存儲(chǔ)區(qū)的存儲(chǔ)位置。顯示字符串程序通過對(duì)相應(yīng)寄存器的設(shè)置,，實(shí)現(xiàn)字符疊加及相應(yīng)顯示屬性的定義,。要產(chǎn)生十字符只要在把十字符信息存儲(chǔ)到相應(yīng)的顯示存儲(chǔ)器存儲(chǔ)區(qū)。
3．3 十字分劃線的全屏移動(dòng)
芯片在對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行疊加的過程中,，除了在需要疊加的地方疊加了字符信息之外,，在不需疊加的地方并非沒有疊加任何信息，而是疊加了透明字符塊,，只是表面上感到?jīng)]有疊加信息,。通過這一啟示，本設(shè)計(jì)采用了寫透明字符塊來取代清屏的方法,，從而既清除了原有的字符疊加信息,，達(dá)到了疊加新字符的目的，同時(shí)又跳過了清屏這一操作,，解決了將視頻圖像中的原有字符全部清掉,，再把整屏需要疊加的信息送
入芯片進(jìn)行疊加而引起的閃屏和更新速度慢的問題,。
視頻電子槍瞄準(zhǔn)疊加與普通視頻字符疊加的關(guān)鍵區(qū)別就是疊加分劃線要進(jìn)行可控二維滿屏移動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)十字分劃線的全屏移動(dòng),，即當(dāng)需要改變瞄準(zhǔn)分劃時(shí),，十字分劃線通過PC機(jī)或者是按鍵的方式實(shí)現(xiàn)左右、上下移動(dòng),，使十字分劃線的中心位置就是輕武器射擊時(shí)的彈著點(diǎn),。
4 結(jié)束語
設(shè)計(jì)的視頻分劃瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以MAX7456視頻疊加顯示模塊為基礎(chǔ)，使用簡(jiǎn)單的外圍電路,，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能,。系統(tǒng)工作穩(wěn)定性高，性價(jià)比高,，體積小,，采用按鍵方式改變視頻電子分劃位置，能實(shí)現(xiàn)視頻分劃按像素的全屏可控移動(dòng),，設(shè)計(jì)操縱簡(jiǎn)單,，便于在輕武器上安裝使用，真正實(shí)現(xiàn)提高射擊人員的射擊精度,，以及人槍分離下武器裝備的全天候精確射擊能力,。