CN104331684A - 基于双机通信的高光谱图像目标检测系统 - Google Patents

基于双机通信的高光谱图像目标检测系统 Download PDF

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CN104331684A CN201410557497.7A CN201410557497A CN104331684A CN 104331684 A CN104331684 A CN 104331684A CN 201410557497 A CN201410557497 A CN 201410557497A CN 104331684 A CN104331684 A CN 104331684A
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魏巍
张艳宁
严杭琦
张磊
李飞
王波波
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Abstract

本发明公开了一种基于双机通信的高光谱图像目标检测系统，用于解决现有高光谱图像目标检测系统实用性差的技术问题。技术方案是包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元。所述数据采集单元实现高光谱图像的数据采集，所述数据传输单元保证数据在传输过程不发生错误，所述数据处理单元完成对高光谱图像的目标检测并对结果加以显示。相较于传统基于单台计算机的高光谱图像目标检测系统，基于双机通信的高光谱图像目标检测系统利用工业控制计算机机箱背板的CPCI总线实现主控处理机和协处理机之间的数据通信；将计算量巨大的检测处理任务转移至协处理机执行，在进行高光谱图像目标检测时能应对多种任务时的处理能力，具有良好的可扩展性。

Description

基于双机通信的高光谱图像目标检测系统
技术领域
本发明涉及一种高光谱图像目标检测系统，特别是涉及一种基于双机通信的高光谱图像目标检测系统。
背景技术
高光谱图像目标检测是指利用高光谱遥感图像实现对地面目标的探测；根据是否有目标光谱作为先验信息，可分为感兴趣目标检测和异常检测。由于高光谱遥感图像对地表物质光谱的精确记录，高光谱目标检测日益成为遥感图像处理领域中的重要研究内容；其在环境监测、农业管理、军事侦察等方面的应用也越来越广泛。
高光谱遥感图像具有很高的光谱分辨率，常常具有数十甚至上百个波段。由于其数据量巨大，对目标检测系统的计算性能、并行能力等都形成了较大挑战。因此，设计一种能够有效应对多种任务，且利于扩展的高光谱图像目标检测系统具有重要意义。
参照图2。文献“申请公开号是CN103606157.A的中国发明专利”公开了一种用于高光谱图像异常检测的方法和装置。该检测方法和装置，包括确定模块、提取模块和处理模块。所述确定模块用于确定要处理的高光谱图像，所述提取模块从待处理高光谱图像中提取异常目标，由所述处理模块对所述异常目标进行分离处理，最终得到目标。该装置基于单台计算机而设计实施，在处理一幅图像时很难再进行其他工作；因此，无法应对多任务的应用环境。
发明内容
为了克服现有高光谱图像目标检测系统实用性差的不足，本发明提供一种基于双机通信的高光谱图像目标检测系统。该系统包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元。所述数据采集单元包括推扫式成像高光谱仪和高光谱图像采集控制模块，负责完成对高光谱图像数据的采集；所述数据传输单元包括传输控制模块和PCI链路，所述PCI链路由CPCI总线和PCI桥芯片构成，PCI桥芯片通过其上驱动程序工作在指定模式下，为实现主控处理机和协处理机之间的通信提供了底层接口；所述数据处理单元包括目标检测处理模块和显示模块，显示模块用于在主控处理机一侧图形化显示目标检测的结果。相比于基于单台计算机的高光谱目标检测系统，本系统可以有效地对不同高光谱图像数据同时实施不同的处理任务，且具有良好的可扩展性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双机通信的高光谱图像目标检测系统，其特点是包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元。
数据采集单元由一台推扫式成像高光谱仪和高光谱图像采集控制模块组成，负责高光谱图像数据的采集。推扫式成像高光谱仪通过I/O接口连接至双机系统的主控处理机上；高光谱图像采集控制模块运行于主控处理机，用于在采集时控制推扫式成像光谱仪的工作参数，并将采集得到的数据按标准输出到主控处理机上的存储介质中。
数据传输单元由传输控制模块和PCI链路组成，负责双机系统中主控处理机和协处理机之间数据的正确传输。PCI链路由CPCI总线、PCI桥芯片构成，为实现主控处理机和协处理机之间的通信提供了底层通信接口。传输控制模块基于所述底层通信接口，完成对数据传输的控制，以避免数据在传输过程中出现的乱序、重复和丢失。
数据处理单元包括高光谱图像目标检测处理模块和显示模块，负责对高光谱图像进行目标检测和对检测结果的图形化显示。目标检测处理模块工作于协处理机上，根据主控处理机侧传入的参数，调用指定检测算法进行计算。显示模块工作于主控处理机上，在检测结果返回主控处理机时，对其进行显示。
本发明的有益效果是：该系统包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元。所述数据采集单元实现高光谱图像的数据采集，所述数据传输单元保证数据在传输过程不发生错误，所述数据处理单元完成对高光谱图像的目标检测并对结果加以显示。相较于传统基于单台计算机的高光谱图像目标检测系统，基于双机通信的高光谱图像目标检测系统利用工业控制计算机机箱背板的CPCI总线实现主控处理机和协处理机之间的数据通信；将计算量巨大的检测处理任务转移至协处理机执行，使得系统在协处理机执行任务时还能够由主处理机处理其他任务；提高了传统目标检测系统在进行高光谱图像目标检测时，应对多种任务时的处理能力，且具有良好的可扩展性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明基于双机通信的高光谱图像目标检测系统框图。
图2是背景技术高光谱图像异常检测装置的系统框图。
具体实施方式
参照图1。本发明基于双机通信的高光谱图像目标检测系统包括数据采集单元你、数据传输单元和数据处理单元。
数据采集单元由推扫式成像高光谱仪和采集控制模块组成。其中，推扫式成像高光谱仪通过主控处理机上的I/O接口与其相连。采集控制模块工作于主控处理机上，能够控制推扫式成像光谱仪以输入的角度、曝光时长、推扫速度和采集波段数进行数据采集。采集得到的数据，由采集控制模块，以高光谱图像数据的标准格式存放于主控处理机的存储介质中。通过在系统前端配置成像光谱仪，能够使目标检测系统具备数据采集的功能，使其适应于需要快速获取数据进行处理的应用场景。
数据传输单元包含传输控制模块和PCI链路。传输控制模块共有两部分，分别工作在主控处理机和协处理机上，通过请求-应答的方式，保证数据在主控处理机和协处理机之间传输时，不会发生错乱、丢失和重复的情况。PCI链路内部包括主控处理机板卡和协处理机板卡上的PCI桥芯片，以及连接两板卡的工业控制计算机机箱背板上的CPCI总线。在CPCI总线协议支持下，PCI链路为主控处理机和协处理机之间的通信提供了底层的数据通路。
主控处理机一侧的PCI桥芯片由其上驱动控制，工作在透明模式下，使得桥两侧的地址空间无需进行地址转换而能够直接映射；协处理机一侧的PCI桥芯片由其上驱动控制，工作在非透明模式下，桥两侧地址空间通过桥内部的地址转换寄存器组完成转换。如此，主控处理机和协处理机能够通过PCI链路提供的底层接口分别访问对方的地址空间，以实现数据的传输。
数据处理单元包括目标检测处理模块和显示模块。显示模块工作与主处理机上，用于显示协处理机返回的检测结果。目标检测处理模块工作于协处理机上，用于完成对高光谱图像目标检测任务的具体执行。主控处理机通过数据传输单元向协处理机上的数据处理单元发送控制信号，处理处理单元根据该信号调用相应的高光谱目标检测处理算法进行目标检测。由于进行高光谱图像目标检测时需要占用协处理机上大量的RAM和CPU资源，协处理机此时工作在高负荷状态下。但主控处理机是独立于协处理机的处理设备，其上仍有大量可利用的软硬件资源；因此，本系统能够在协处理承担计算任务的同时，利用主控处理机完成额外的数据采集、预处理等任务。在本系统中，共设计有3种对高光谱图像的目标检测模式。
1.异常检测模式。主控处理机不为协处理机提供任何关于目标的先验光谱信息，目标检测处理模块根据输入的高光谱图像数据本身估计异常目标。
2.有监督的全局目标检测模式。主控处理机提供感兴趣目标的先验光谱，目标检测处理模块根据输入的高光谱图像数据的全局特征检测目标。
3.有监督的局部目标检测模式。主控处理机提供感兴趣目标的先验光谱，目标检测处理模块根据输入的高光谱图像数据的局部特征检测目标。
高光谱目标检测系统的内部信息链路为：推扫式成像高光谱仪通过主处理机上I/O接口与其连接。主控处理机上作为CPCI总线主机，协处理机作为外设经CPCI总线挂在到主控处理机上。主控处理机上采集控制模块通过RS232接口控制成像高光谱仪。
高光谱目标检测系统的内部主要信息流向为：有推扫式成像高光谱仪采集到的高光谱数据通过I/O接口传至主控处理机；主控处理机通过传输控制单元将高光谱数据和相应指令信号发送给协处理机；协处理机上的目标检测处理模块将目标检测的结果经传输控制模块发送到主控处理机，由主控处理机上显示模块进行显示。

Claims (1)

1.一种基于双机通信的高光谱图像目标检测系统，其特征在于：包括数据采集单元、数据传输单元和数据处理单元；
数据采集单元由一台推扫式成像高光谱仪和高光谱图像采集控制模块组成，负责高光谱图像数据的采集；推扫式成像高光谱仪通过I/O接口连接至双机系统的主控处理机上；高光谱图像采集控制模块运行于主控处理机，用于在采集时控制推扫式成像光谱仪的工作参数，并将采集得到的数据按标准输出到主控处理机上的存储介质中；
数据传输单元由传输控制模块和PCI链路组成，负责双机系统中主控处理机和协处理机之间数据的正确传输；PCI链路由CPCI总线、PCI桥芯片构成，为实现主控处理机和协处理机之间的通信提供了底层通信接口；传输控制模块基于所述底层通信接口，完成对数据传输的控制，以避免数据在传输过程中出现的乱序、重复和丢失；
数据处理单元包括高光谱图像目标检测处理模块和显示模块，负责对高光谱图像进行目标检测和对检测结果的图形化显示；目标检测处理模块工作于协处理机上，根据主控处理机侧传入的参数，调用指定检测算法进行计算；显示模块工作于主控处理机上，在检测结果返回主控处理机时，对其进行显示。
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