CN102176737A - 10k*10k超高分辨率图像采集与处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为10K*10k超高分辨率图像采集与处理系统，属于图像采集与处理领域。本系统主要由四个子系统构成：四个Camera Link输出口分流输出的面阵相机、多路图像合成控制器、LVDS图像采集卡、标准PCI总线和计算机系统组成；由面阵相机得到的图像数据源通过多个Camera Link口分流送出，多路图像合成控制器接收这多路图像数据，并将它们进行重新排布、整合成1路超高分辨率图像，输送给LVDS图像采集卡，计算机完成对LVDS图像采集卡的控制。本发明解决了超高分辨率图像的采集、处理、显示和存储问题，在硬件资源堆叠组合的情况下可使整套系统的运算能力成倍提高，从而能够处理高达20K*20K分辨率图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种10K*10K超高分辨率的图像采集与处理系统，属于图像采集与处理领域。
背景技术
现有技术中高清图像信号分辨率为1080P、1080i(分辨率为1920*1080)或720p(1280*720)，但对于一些特殊应用，如卫星侦查、航拍、气象成像、遥感成像、医疗等领域。(如航天、遥感)，1080P、1080i远远不能满足要求。随着半导体技术的提高，10K*10K(即10240*10240)甚至更高分辨率的像元传感器已出现，但因为此类传感器产生的图像数据量很大，单张由它产生的黑白图像，每幅图像分辨率达100MB，相机即使按每秒10帧输出，总数据流也达到1000MB/s，如果再加上时序信息、控制信息等，总数据流将会更大。
现有的带Camera-link的图像采集卡，理论值上最高输入数据为(Full Camera Link)为680MB/s，这样就无法对分辨率等于10K*10K或具有更高分辨率的相机的图像信息进行采集，于是需要一种超高分辨率图像采集与处理系统，对超高分辨率图像进行采集与处理。
发明内容
本发明提供了一个10K*10K超高分辨率的图像采集与处理系统，能够弥补现有技术的不足，对超高分辨率图像进行处理、显示和存储。
该10K*10K超高分辨率的图像采集与处理系统，包括具有四个Camera Link输出口分流输出的面阵相机、多路图像合成控制器、LVDS图像采集卡、标准PCI总线和图像显示处理器；其中，多路图像合成控制器包括四个Camera Link输入口、1个多路差分输出口、1片FPGA芯片及存储器，FPGA芯片包括四个通道输入接口模块、带有乒乓结构的缓存模块、读写控制模块、存储器、缓存模块、四通道检测模块、基地址产生模块；其中面阵相机的Camera Link输出口与多路图像合成控制器的四个Camera Link输入口分别连接，1个多路差分输出口与LVDS图像采集卡连接，LVDS图像采集卡通过标准PCI总线与图像显示处理器相连，图像显示处理器通过串行通信接口与多路图像合成控制器的FPGA芯片连接，FPGA芯片与存储器相连；面阵相机将得到数据通过四个Camera Link输入口传输到多路图像合成控制器，四通道数据通过四个通道输入接口模块进入到带有乒乓结构的缓存模块，当通道输入接口接收完一行数据，发送一个读缓存模块的请求信号给读写控制模块，读写控制模块开始读取带有乒乓结构的缓存模块中的数据；同时四通道数据通过四个通道输入接口进入到四通道检测模块和基地址产生模块，存储器的读写控制模块从基地址产生模块读取该模块产生的各帧图像的各个通道的地址信息，对由带有乒乓的缓存模块中读取的数据加入时序信号，并按该时序信号从存储器模块写入/读出，完成多路图像的缓存、图像数据重新排布以及整合，输出合成一路超高分辨率图像给LVDS图像采集卡，图像显示处理器对LVDS图像采集卡采集后的图像进行处理、显示和存储。
四通道检测模块读取四个通道中一个通道的读取信号的上升沿为基准，判断其它通道的数据是否与该基准通道属于同一帧图像：当判断结果说明是属于同一帧图像，保持基地址前三位不变，不同通道的地址通过改变基地址的后两位体现；当判断结果说明不属于同一帧图像，则改变基地址前三位。
本发明的有益效果：
本发明解决了10K*10K超高分辨率图像的采集、处理、显示和存储问题，在硬件资源堆叠组合的情况下可使整套系统的运算能力成倍提高，从而能够处理高达20K*20K分辨率图像。因此，本系统可广泛应用于卫星侦查、航拍、气象成像、遥感成像、医疗等对图像分辨率要求极其苛刻的专用领域。通过多个本发明中的多路图像合成控制器，可以采集处理更高分辨率例如20K*20K的图像)进行采集与处理。
附图说明
图1本发明的多路图像合成控制器原理框图示意；
图2本发明的多路图像合成控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步介绍。
在本实施例中，本系统主要由四个子系统构成：带4个Camera Link口分流输出的10K*10K相机、多路图像合成控制器、LVDS图像采集卡、计算机系统。
带4个Camera Link口分流输出的10K*10K面阵相机使用一片10K*10K像元图像传感器，图像传感器共分20个区域，每个区域有1个图像信号输出端口。相机工作时，20个端口并行输出。该20个图像输出端口定义为两组：OST1～OST10和OSB1～OSB10，每5个输出端口捆绑成1个Camera Link数据接口，分别定义Camera Link A、Camera Link B、Camera LinkC、Camera Link D，其中Camera Link A对应OST1～OST5，Camera Link B对应OST5～OST10，Camera Link C对应OSB1～OSB5，Camera Link D对应OSB6～OSB10，每个Camera Link口分获的图像各对应5K*5K的区域，这样在在黑白图像输出、每秒10帧时，每个Camera Link口输出的数据流为250MB/s。
多路图像合成控制器是基于6U cPCI标准板型设计。板载4个Camera Link输入口、1个多路差分输出口、1片XC5VLX110T FPGA芯片及512MB DDR"存储器，完成4路图像的缓存、图像数据重新排布、整合成1路10K*10K的超高分辨率图像，并通过板载多路差分输出口送给LVDS图像采集卡。整个多路图像合成控制器安装在一个标准的6U cPCI机箱内。多路图像合成控制器原理框图如图3：
多路图像合成控制器主要指标如下：
1)板卡结构，遵循cPCI标准，采取主板与后IO板的结构：
主板233.35X160mm，后IO板：233.35X80mm
2)主要接口：后IO板：4路Base Camera Link输入(4个MDR-26接插件，接收4路像素时钟60MHz的图像信号)，1路mini SCIS 68pin LVDS信号输出(1个V-68接插件，合成之后输出给后端的图像信号，像素时钟由FPGA编程控制)，主板：1个复位信号，4个状态指示灯和1个电源指示灯，1路RS232/485信号的RJ45。这两块板通过cPCI背板的J4和J5两个接插件连通。
3)FPGA芯片选用Xilinx XC5VLX110T，通过一个笔记本电脑内存条接插件扩展2GB DDR2存储器(笔记本内存条)。
FPGA功能定义如下：
a.通过4个Camera Link通道同步接收总像素分辨率为10Kx10K的图像数值，利用板载的笔记本DDR2内存条进行数据缓存，并通过一个LVDS信号组输出给后端采集设备。
b.连续采集所有输入的图片，合并成一个图片输出。
4)CamerLink芯片选择DS90288A，支持80Mbps信号，LVDS图像采集卡选择DS90LV031A芯片，此处采用五片该芯片。RS232/485串行通信接口采用MAX3160芯片，实现RS232和RS485接口的复用，接插件选用标准RJ45接口，通信波特率115200bps。
图像采集卡选用Coreco公司的X64-LVDS图像采集卡，它适用于接口为并行LVDS和并行RS422标准的线列相机和面阵相机，图像采集速率高达600MB/s。该采集卡提供64位PCI总线，能够提供高达528MB/s的总线传输速率，同时兼容普通的32位33MHz标准PCI总线，插在计算机系统④中，完成对多路图像合成控制器②合成后图像的采集功能。
图像显示处理器采用普通工业控制计算机，利用2.4GHz以上高主频双核CPU，2GB以上大容量内存和1.5TB以上的大容量磁盘完成对LVDS图像采集卡③的控制，并对采集后的图像进行处理、显示和存储。
Claims (2)
1.10K*10K超高分辨率的图像采集与处理系统，包括具有四个Camera Link输出口分流输出的面阵相机、多路图像合成控制器、LVDS图像采集卡、标准PCI总线和图像显示处理器；其特征在于：多路图像合成控制器包括四个Camera Link输入口、1个多路差分输出口、1片FPGA芯片及存储器，FPGA芯片包括四个通道输入接口模块、带有乒乓结构的缓存模块、读写控制模块、存储器、缓存模块、四通道检测模块、基地址产生模块；其中面阵相机的CameraLink输出口与多路图像合成控制器的四个Camera Link输入口分别连接，1个多路差分输出口与LVDS图像采集卡连接，LVDS图像采集卡通过标准PCI总线与图像显示处理器相连，图像显示处理器通过串行通信接口与多路图像合成控制器的FPGA芯片连接，FPGA芯片与存储器相连；面阵相机将得到数据通过四个Camera Link输入口传输到多路图像合成控制器，四通道数据通过四个通道输入接口模块进入到带有乒乓结构的缓存模块，当通道输入接口接收完一行数据，发送一个读缓存模块的请求信号给读写控制模块，读写控制模块开始读取带有乒乓结构的缓存模块中的数据；同时四通道数据通过四个通道输入接口进入到四通道检测模块和基地址产生模块，存储器的读写控制模块从基地址产生模块读取该模块产生的各帧图像的各个通道的地址信息，对由带有乒乓的缓存模块中读取的数据加入时序信号，并按该时序信号从存储器模块写入/读出，完成多路图像的缓存、图像数据重新排布以及整合，输出合成一路超高分辨率图像给LVDS图像采集卡，图像显示处理器对LVDS图像采集卡采集后的图像进行处理、显示和存储。
2.如权利要求1所述的10K*10K超高分辨率的图像采集与处理系统，其特征在于：四通道检测模块读取四个通道中一个通道的读取信号的上升沿为基准，判断其它通道的数据是否与该基准通道属于同一帧图像：当判断结果说明是属于同一帧图像，保持基地址前三位不变，不同通道的地址通过改变基地址的后两位体现；当判断结果说明不属于同一帧图像，则改变基地址前三位。
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