CN102116643A - 一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置 - Google Patents

Abstract

一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟与显示装置，涉及航天光学遥感成像技术领域，它解决了现有高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置存在图像数据的重载功能差，图像数据源的传输速率低的问题。该装置通过USB接口下载图像数据到闪存中进行非易失性存储，现场可编程门阵列FPGA实现图像数据高速缓存、实时处理与融合以及接口逻辑控制，数据经高速串行/解串后进行图像数据采集、存储与显示。该装置模拟输出的图像数据包含了卫星姿轨信息和相机成像参数，准确地模拟了空间相机在轨工作模式、工作流程以及输出的图像数据，为高分辨率宽覆盖空间相机的研究提供了行之有效的测试手段。本发明广泛应用于航天光学遥感成像技术领域。

Description

一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置

技术领域

本发明涉及航天光学遥感成像技术领域，具体涉及高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟的显示装置。

背景技术

随着空间探测技术的发展，空间相机向着高分辨率、宽覆盖传输型相机发展。在相机研制过程中，进行相机的原理实现和功能验证是必要环节，高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置就是关键的检验装置，主要模拟相机输出的高速图像数据，检验地面采集系统的性能，同时模拟相机实际在轨的工作模式和工作流程，验证相机设计原理与功能。

与本发明最为接近的已有技术是北京空间机电研究所的多光谱宽覆盖遥感图像模拟信号源，该装置原理图如图1所示，包括晶振1、系统时序与逻辑控制器2、遥感图像存储模块3、LVDS电平转换模块4、帧同步器5、数字采集卡6、采集系统主机接口7、采集系统主机内存8和图像处理与显示模块9。系统上电后晶振1输出系统主时钟，系统时序与逻辑控制器2对系统主时钟进行分频产生遥感图像存储模块3的遥感图像读取地址，遥感图像存储模块3获取到图像数据读取地址后输出图像数据在系统时序与逻辑控制器2的控制下写入LVDS差分转换模块4，同时，系统时序与逻辑控制器2产生图像数据时钟和行同步信号，LVDS差分转换模块4对图像数据、图像数据时钟和行同步信号进行LVDS差分转换输出的LVDS差分数据流经帧同步器5进行数据帧同步后由数字采集卡6进行图像数据采集，采集到的图像数据经采集系统主机接口7写入采集系统主机内存8，图像处理与显示模块9从采集系统主机内存8中读取图像数据进行图像处理并显示。这种方式最大的缺点在于装置中的遥感图像存储采用EPROM，图像数据的写入不方便，不具备遥感图像数据源的重载功能，图像数据的传输采用直接差分传输方式，传输速率低，同时该装置仅模拟输出多光谱遥感图像，功能单一，从而限制其应用范围。

发明内容

本发明为解决现有装置存在的图像数据的重载功能差、图像数据源的传输速率低以及功能单一等问题，提供一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置。

一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置，该装置包括：USB接口、USB控制器、闪存控制器、闪存存储器、高速SRAM缓存控制器、高速SRAM缓存存储阵列、图像数据融合模块、辅助数据缓存模块、RS-422通信控制器、RS-422通信接口、高速串行器、高速解串器、数据转换控制器、Camera Link接口控制器、高速数字采集卡、外围计算机PCI-X接口、外围计算机内存和图像快视系统；

所述USB接口输出端与USB控制器输入端连接，USB控制器的输出端与闪存控制器输入端连接，在闪存控制器的控制下将遥感图像数据写入到闪存存储器中；所述RS-422通信接口的输出端与RS-422通信控制器的输入端连接，在RS-422通信控制器的控制下将辅助数据存储至辅助数据缓存模块，同时，在闪存控制器的控制下将图像数据从闪存存储器中读取数据到高速SRAM缓存控制器，并在高速SRAM缓存控制器控制下将图像数据缓存到高速SRAM缓存存储阵列中；所述在高速SRAM缓存控制器控制下将图像数据从高速SRAM缓存存储阵列中读取图像数据融合模块，同时读取辅助数据缓存模块中的辅助数据，在图像数据融合模块中完成图像数据和辅助数据的融合，融合处理后的图像数据经高速串行器转化换为高速串行LVDS数据流，高速解串器接收高速LVDS数据流，并将解串后的图像数据写入数据转换控制器中，所述数据转换控制器完成图像数据格式转换，经CameraLink接口控制器经图像数据送入高速数字采集卡进行图像数据采集，然后采集到的图像数据通过外围计算机接口PCI-X接口写入外围计算机内存，图像快视系统从外围计算机内存中读取图像数据进行图像处理并显示。

本发明的工作原理：本发明所述的高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置在相机控制器的控制下有五种工作模式：分别为：下载工作模式、准备工作模式、开始工作模式、停止工作模式和等待工作模式，在下载工作模式下，通过USB接口，经USB控制器将遥感图像数据发送给闪存控制器，在闪存控制器的控制下将遥感图像数据写入到闪存存储器中；在准备工作模式下，相机控制器通过RS-422接口，在RS-422控制器的控制下，将表征卫星姿轨信息和相机成像参数作为辅助数据写入辅助数据存储模块，接收工作参数并初始化装置，同时，在闪存控制器的控制下将图像数据从闪存存储器中读取数据到高速SRAM缓存控制器，并在高速SRAM缓存控制器控制下将图像数据缓存到高速SRAM缓存存储阵列中；在开始工作模式下，在高速SRAM缓存控制器控制下将图像数据从高速SRAM缓存存储阵列中读取到图像数据融合模块，同时读取辅助数据存储模块中的辅助数据，在图像数据融合模块中完成图像数据和辅助数据的融合，融合处理后的图像数据经高速串行化器转换为高速串行LVDS数据流，高速解串器接收高速LVDS数据流，并将解串后的图像数据写入数据转换控制器中，数据转换控制器完成图像数据格式转换，经CameraLink接口控制器将图像数据送入高速数字采集卡进行图像数据采集，采集到的图像数据通过外围计算机PCI-X接口写入外围计算机内存，图像快视系统从外围计算机内存中读取图像数据进行图像处理并显示。每一次图像传输，从闪存存储器中读取遥感图像的大小为20480(H)×2048(V)，并循环发送。下一次开始工作模式下的图像传输将从闪存存储器中读取下一幅同样大小遥感图像，以此模拟相机在轨进行的多次拍照。进入停止工作模式后，系统停止发送遥感图像数据，进入等待工作模式。

本发明的有益效果：本发明所述的高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置模拟输出的图像数据包含了卫星姿轨信息和相机成像参数，完整准确地模拟了空间相机在轨工作模式、工作流程以及输出遥感图像数据；图像数据的传输采用高速串行差分传输方式，大大提高了数据传输速率，保证了模拟空间相机数字图像的完整性，充分利用传输媒介的信道容量；利用闪存作为存储介质存储数据提高系统的抗冲击能力，便于遥感图像数据的重载，提供了USB数据下载传输方式。

附图说明

图1为现有多光谱宽覆盖遥感图像模拟显示装置结构示意图；

图2为本发明所述的高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置的结构示意图。

图3为本发明所述的高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置的工作原理示意图。

图中：1、晶振，2、系统时序与逻辑控制器，3、遥感图像存储模块，4、LVDS电平转换模块，5、帧同步器，6、数字采集卡，7、采集系统主机接口，8、采集系统主机内存，9、图像处理与显示模块，10、USB接口，11、USB控制器，12、闪存控制器，13、闪存存储器，14、高速SRAM缓存控制器，15、高速SRAM缓存存储阵列，16、图像数据融合模块，17、辅助数据缓存模块，18、RS-422通信控制器，19、RS-422通信接口，20、高速串行器，21、高速解串器，22、数据转换控制器，23、Camera Link接口控制器，24、高速数字采集卡，25、外围计算机PCI-X接口，26、外围计算机内存，27、图像快视系统。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图2和图3说明本实施方式，一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置，该装置包括：USB接口10、USB控制器11、闪存控制器12、闪存存储器13、高速SRAM缓存控制器14、高速SRAM缓存存储阵列15、图像数据融合模块16、辅助数据缓存模块17、RS-422通信控制器18、RS-422通信接口19、高速串行器20、高速解串器21、数据转换控制器22、CameraLink接口控制器23、高速数字采集卡24、外围计算机PCI-X接口25、外围计算机内存26和图像快视系统27；

所述USB接口10输出端与USB控制器11输入端连接，USB控制器11的输出端与闪存控制器12输入端连接，在闪存控制器12的控制下将遥感图像数据写入到闪存存储器13中；所述RS-422通信接口19的输出端与RS-422通信控制器18的输入端连接，在RS-422通信控制器18的控制下将辅助数据存储至辅助数据缓存模块17中，同时，在闪存控制器12的控制下将图像数据从闪存存储器13中读取到高速SRAM缓存控制器14，并在高速SRAM缓存控制器14控制下将图像数据缓存到高速SRAM缓存存储阵列15中；所述在高速SRAM缓存控制器14控制下将图像数据从高速SRAM缓存存储阵列15中读取到图像数据融合模块16，同时读取辅助数据缓存模块17中的辅助数据，在图像数据融合模块16中完成图像数据和辅助数据的融合，融合处理后的图像数据经高速串行器20转化换为高速串行LVDS数据流，高速解串器21接收高速LVDS数据流，并将解串后的图像数据写入数据转换控制器22中，所述数据转换控制器22完成图像数据格式转换，经CameraLink接口控制器23将图像数据送入高速数字采集卡24进行图像数据采集，然后采集到的图像数据通过外围计算机PCI-X接口25写入外围计算机内存26，图像快视系统27从外围计算机内存26中读取图像数据进行图像处理并显示。

本实施方式所述的USB接口10采用的标准的USB连接器，USB控制器11采用采用Cypress公司的EZ-USB控制器CY7C68013A。所述的闪存控制器12，高速SRAM缓存控制器14，图像数据融合模块16，辅助数据存储模块17，RS-422通信控制器18采用XILINX公司Virtex-II系列FPGA XC2V3000，配置芯片采用XCF16P，RS-422通信接口19采用J14A-20ZKB连接器。

本实施方式所述的闪存存储器13，采用三星公司NAND型闪存K9K8G08U0A，高速SRAM缓存控制器14采用采用Cypress公司的CY7C1061AV33高速SRAM。高速串行器20和高速解串器21采用美国国家半导体公司的Channel Link芯片DS90CR217和DS90CR218A。

本实施方式所述的数据转换控制器22采用XILINX公司SPARTAN3系列FPGA XC3S400，配置芯片采用XCF02S。Cameralink接口控制器23采用DS90CR287。数字采集卡24采用Matrix公司的Helios eCL/XCL高速CameraLink数字采集卡。

本实施方式所述的外围计算机PCI-X接口25和外围计算机内存26采用IBMSystem X3400服务器，内存32G，操作系统Microsoft Windows Server 2003；图像快视系统采用Microsoft Visual C++6.0开发的计算机应用程序。

Claims (3)

1.一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置，该装置包括：USB接口(10)、USB控制器(11)、闪存控制器(12)、闪存存储器(13)、高速SRAM缓存控制器(14)、高速SRAM缓存存储阵列(15)、图像数据融合模块(16)、辅助数据缓存模块(17)、RS-422通信控制器(18)、RS-422通信接口(19)、高速串行器(20)、高速解串器(21)、数据转换控制器(22)、Camera Link接口控制器(23)、高速数字采集卡(24)、外围计算机PCI-X接口(25)、外围计算机内存(26)和图像快视系统(27)；

其特征是：所述USB接口(10)输出端与USB控制器(11)输入端连接，USB控制器(11)的输出端与闪存控制器(12)输入端连接，在闪存控制器(12)的控制下将遥感图像数据写入到闪存存储器(13)中；所述RS-422通信接口(19)的输出端与RS-422通信控制器(18)的输入端连接，在RS-422通信控制器(18)的控制下将辅助数据存储至辅助数据缓存模块(17)，同时在闪存控制器(12)的控制下将图像数据从闪存存储器(13)中读取数据到高速SRAM缓存控制器(14)，并在高速SRAM缓存控制器(14)控制下将图像数据缓存到高速SRAM缓存存储阵列(15)中；所述在高速SRAM缓存控制器(14)控制下将图像数据从高速SRAM缓存存储阵列(15)中读取到图像数据融合模块(16)，同时读取辅助数据缓存模块(17)中的辅助数据，在图像数据融合模块(16)中完成图像数据和辅助数据的融合，融合处理后的图像数据经高速串行器(20)转化换为高速串行LVDS数据流，高速解串器(21)接收高速LVDS数据流，并将解串后的图像数据写入数据转换控制器(22)中，所述数据转换控制器(22)完成图像数据格式转换，经CameraLink接口控制器(23)经图像数据送入高速数字采集卡(24)进行图像数据采集，然后采集到的图像数据通过外围计算机接口PCI-X接口(25)写入外围计算机内存(26)，图像快视系统(27)从外围计算机内存(26)中读取图像数据进行图像处理并显示。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置，其特征在于，所述的Camera link接口控制器(23)的型号为DS90CR287。

3.根据权利要求1所述的一种高分辨率宽覆盖空间相机图像模拟显示装置，其特征在于，所述的高速数字采集卡(24)为Camera Link数字采集卡。

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