CN106134475B

CN106134475B - 带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置

Info

Publication number: CN106134475B
Application number: CN201318003529.5A
Authority: CN
Inventors: 张健; 庞海洋; 顾海军; 董绍军; 赵志勇; 刘益民; 刘伟; 何鹄; 田英慧; 张洋
Original assignee: 63956 UNIT OF PLA; Jilin University
Current assignee: Chinese People's Liberation Army 32215
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2033-07-31

Abstract

本发明提供了一种带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置，包括：电源模块、DSP、FPGA、高速FLASH硬盘存储器、SDRAM、LVDS接口芯片、网口芯片、对外接口及其附属电路。FPGA通过快门线与光学数码相机相连，通过RS232与红外热像仪相连，通过RS232和CameraLink与多光谱相机MS4100相连，分别用于控制相连接图像采集设备，并与高速FLASH存储器和DSP相连，用于控制多光谱相机MS4100所采集图像数据的处理和存储。本发明能够解决现有图像采集装置的遥控采集方式无法控制多个图像采集设备同时采集和原始图像无法存储的难题。

Description

带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置

技术领域

本发明涉及图像采集控制领域，尤其涉及一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置。

背景技术

图像采集技术随着科技的不断进步在全球的应用已越来越广泛，特别是在军用工业、电子等领域。在军事中，比如爆炸、坠毁等接近于瞬时的变化，只有用高速图像将变化的过程记录下来，才能清楚的了解变化的过程，从而了解武器装备的情况，为研制提供重要而有效的数据。在高速拍摄图像的时候，由于图像的数据量很大，而高速拍摄要求的处理时间又很短，所以要对图像数据进行实时处理是非常困难的，于是就需要将高速拍摄的图像实时的记录保存下来，这样记录下来的数据还可以重复使用，方便人们对一些处理结果的核对和重新处理。

对于高速图像的实时存储，国内外已经有很多的研究，主要有两种：一种是从硬件着手，直接用硬件来实现实时操作(如基于DSP的实时系统)，该方法使编程工作复杂化；另一种是在Windows系统内核的基础上做实时的操作系统内核，将实时内核嵌在一个自定义的硬件抽象层中，这两种方法的造价都比较高。

同时，随着对于大幅面图像的输入需求的日以增加，传统单CCD图像采集系统已经满足不了用户群体的需求，在国内各行各业，急需以图像采集功能为核心，开发一款能带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置，它能够解决现有图像采集装置的遥控采集方式无法控制多个图像采集设备同时采集和原始图像无法存储的难题。

本发明是这样实现的，带存储功能的多图像采集设备遥控采集控制装置，它包括多图像采集设备同时采集控制和图像存储两项功能。

本装置具有电源模块、DSP、FPGA、高速FLASH硬盘存储器、SDRAM、LVDS接口芯片、网口芯片、对外接口及其附属电路，对外接口有8个，分别为接口(1)、接口(2)、接口(3)、接口(4)、接口(5)、接口(6)、接口(7)和接口(8)，遥控采集控制装置通过上述8个接口与外部设备相连接；其中，FPGA通过接口(3)经由快门线与光学数码相机相连，用于控制相连接的图像采集设备；通过接口(5)经由RS232与红外热像仪相连，用于控制红外热像仪图像采集；通过接口(6)经由CameraLink与多光谱相机MS4100，用于接收并控制多光谱相机MS4100所采集的图像数据的处理和存储；通过接口(1)经由Rs232与无线接收机相连，用于接收地面无线图像采集控制指令；通过接口(7)经由Rs232控制多光谱相机MS4100图像采集；FPGA还与高速FLASH存储器和DSP相连；接口(2)为网口Rj45，用于读出采集到的多光谱图像到上位机；接口(4)是电源输入接口，用于采集控制装置供电；接口(8)是电源输出接口，用于为MS4100多光谱相机供电。

其中的多光谱相机自身不带图像存储器，其所采集的图像数据经接口(6)发送至LVDS芯片，转换为FPGA能接受的数据信号；FPGA与DSP通过EMIF相连；FPGA接收的多光谱图像数据经FPGA和DSP共同处理后缓存在SDRAM(1)和SDRAM(2)中。

本发明还具有SDRAM(1)和SDRAM(2)采用乒乓操作，当SDRAM(1)存满来自多光谱相机的图像数据时，SDRAM(2)开始缓存来自多光谱相机的数据，同时，FPGA将SDRAM(1)缓存的图像数据读出并存储到FLASH硬盘中；当SDRAM(2)存满来自多光谱相机的数据时，SDRAM(1)开始缓存来自多光谱相机的数据，同时，FPGA将SDRAM(2)缓存的图像数据读出并存储到FLASH硬盘中，直到图像采集结束。

其次，上述FPGA有两种工作状态，分别为图像采集状态和图像读出状态，状态的选择受DSP给出的GPIO端口的高低电平控制。

此外，在采集状态下，将CameraLink输入数据流通过输入数据选择单元实时地分配到两个数据缓存区；在读出状态下，FLASH硬盘将读出逻辑电路控制权交给DSP对应的EMIF接口，使得在读出逻辑状态下，将硬盘数据交给DSP控制程序，将数据通过网络接口电路发送给上位机。

本发明提供的装置分别利用两组SDRAM作为乒缓存器和乓缓存器，使用“空间换取时间”的方法，使两组缓存器在同一时间分别作为读和写的缓存，达到并行的目的，乒状态时，乒乓操作控制器向SDRAM(2)中写入数据，与此同时从SDRAM(1)中读取状态交换之前已经存入的数据；在乓状态时，乒乓操作控制器向SDRAM(1)中写入数据，同时从SDRAM(2)中读取状态交换之前已经存入的数据，送入FLASH硬盘写入逻辑电路将数据实时存贮下来。

本发明的优点是，充分利用FPGA的可编程功能和DSP高速数据处理功能，控制数码相机、红外热像仪和多光谱相机同时采集对地图像，并把没有存储功能的多光谱相机MS4100采集的原始图像存储于高速FLASH中。

附图说明

图1是本发明的采集控制装置的对外接口结构图；

图2是本发明的图1的采集控制装置的系统原理图；

图3是本发明的图2中的FPGA内部的电路逻辑框图；

图4是本发明的图3的FPGA中的DSP控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

本发明的装置包括：电源模块、DSP、FPGA、高速FLASH硬盘存储器、SDRAM、LVDS接口芯片、网口芯片、对外接口及其附属电路。FPGA通过快门线与可见光相机相连，通过RS232与红外热像仪相连，通过RS232和CameraLink与多光谱相机MS4100相连，分别用于控制相连接图像采集设备，并与高速FLASH存储器和DSP相连，用于控制多光谱相机MS4100所采集图像数据的处理和存储。

本发明所提出的遥控采集控制装置具有：电源模块、DSP、FPGA、高速FLASH硬盘存储器、SDRAM、LVDS接口芯片、网口芯片、对外接口及其附属电路，对外接口有8个，分别为接口(1)、接口(2)、接口(3)、接口(4)、接口(5)、接口(6)、接口(7)和接口(8)，遥控采集控制装置通过上述8个接口与外部设备相连接；其中，FPGA通过接口(3)经由快门线与光学数码相机相连，用于控制相连接的图像采集设备；通过接口(5)经由RS232与红外热像仪相连，用于控制红外热像仪图像采集；通过接口(6)经由CameraLink与多光谱相机MS4100，用于接收并控制多光谱相机MS4100所采集的图像数据的处理和存储；通过接口(1)经由Rs232与无线接收机相连，用于接收地面无线图像采集控制指令；通过接口(7)经由Rs232控制多光谱相机MS4100图像采集；FPGA还与高速FLASH存储器和DSP相连；接口(2)为网口Rj45，用于读出采集到的多光谱图像到上位机；接口(4)是电源输入接口，用于采集控制装置供电；接口(8)是电源输出接口，用于为MS4100多光谱相机供电。

其中，多光谱相机自身不带图像存储器，其所采集的图像数据经接口(6)发送至LVDS芯片，转换为FPGA能接受的数据信号；FPGA与DSP通过EMIF相连；FPGA接收的多光谱图像数据经FPGA和DSP共同处理后缓存在SDRAM(1)和SDRAM(2)中。

具体参见图1，图1是本发明的采集控制装置的对外接口结构图，其中，接口1为Rs232接口，与无线接收机相连，用于接收地面无线图像采集控制指令；接口2为网口Rj45，用于读出采集到的多光谱图像到上位机；接口3是佳能单反数码相机快门线接口，用于控制数码相机图像采集；接口4是电源输入接口，用于采集控制装置供电；接口5是Rs232接口，用于控制红外热像仪图像采集；接口6是CameraLink接口，用于接收多光谱相机MS4100；接口7是Rs232接口，用于控制多光谱相机MS4100图像采集；接口8是电源输出接口，用于为MS4100多光谱相机供电。

图2是本发明的图1的采集控制装置的系统原理图，外部电源经接口4给采集控制装置供电，经电源模块产生各电路器件及多光谱相机所需电源供给，多光谱相机MS4100自身不带电源，其所需电源经接口8提供。地面遥控指令发送至无线接收机后，通过接口1将指令传送至FPGA，经译码后产生多光谱相机MS4100、红外热像仪和可见光相机相应的控制指令，经接口7、接口5和接口3分别控制多光谱相机、红外热像仪和可见光相机采集图像。红外热像仪和可见光相机自身携带图像存储器，图像存储于自身携带的存储器中。多光谱相机自身不带图像存储器，其所采集图像数据经接口6发送至LVDS芯片，转换为FPGA能接受的数据信号，FPGA与DSP通过EMIF相连，FPGA接收的多光谱图像数据经FPGA和DSP共同处理后缓存在SDRAM1和SDRAM2中。SDRAM1和SDRAM2采用乒乓操作，当SDRAM1存满来自多光谱相机的图像数据时，SDRAM2开始缓存来自多光谱相机的数据，同时，FPGA将SDRAM1缓存的图像数据读出并存储到FLASH硬盘中；当SDRAM2存满来自多光谱相机的数据时，SDRAM1开始缓存来自多光谱相机的数据，同时，FPGA将SDRAM2缓存的图像数据读出并存储到FLASH硬盘中，直到图像采集结束。FLASH存储的图像数据在图像采集结束后，通过接口2读出到上位计算机中。

MS4100多光谱相机本身不携带存储器，其所采集图像数据需通过CameraLink接口输出。如果存储所采集的图像数据，需使用NI PCI-1428采集卡插入计算机PIC扩展槽，MS4100多光谱相机的CameraLink接口与NI PCI-1428采集卡的CameraLink接口相连，MS4100多光谱相机采集的图像数据经PCI-1428采集卡和其驱动程序的控制下存入计算机的硬盘中。由于计算机体积和重量较大，不适用搭载在载重量较小的飞行平台上对地遥感采集数据。另外，根据对地遥感工作任务的具体要求，需同时采集红外、可见光和多光谱图像数据。因此，本发明主要解决了现有MS4100多光谱相机图像采集装置不能单独采集并存储图像数据，如果要存储遥感得到图像数据，需要通过采集卡与计算机相连，但整个采集系统体积和重量过大，不适用于搭载在载重量较小的飞行平台上对地遥感的问题。另外还解决了控制MS4100多光谱相机、红外热像仪和可见光相机同时采集遥感数据的问题。

图3是本发明的FPAG内部的电路逻辑框图，在此电路的作用下，电路分别工作在图像采集状态与图像读出状态。状态的选择是受DSP给出的GPIO端口的高低电平控制。在采集状态下，将CameraLink输入数据流通过输入数据选择单元实时地分配到两个数据缓存区。分别利用两组SDRAM作为乒缓存器和乓缓存器，使用“空间换取时间”的方法，使两组缓存器在同一时间分别作为读和写的缓存，达到并行的目的。乒状态时，乒乓操作控制器向SDRAM B中写入数据，与此同时从SDRAM A中读取状态交换之前已经存入的数据；在乓状态时，乒乓操作控制器向SDRAM A中写入数据，同时从SDRAM B中读取状态交换之前已经存入的数据，送入FLASH硬盘写入逻辑电路将数据实时存贮下来。在读出状态下，FLASH硬盘将读出逻辑电路控制权交给DSP对应的EMIF接口，使得在读出逻辑状态下，将硬盘数据交给DSP控制程序，将数据通过网络接口电路发送给上位机。此外DSP通过EMIF接口控制串口控制逻辑完成相机控制功能。

系统中DSP是主控器，FPGA作为DSP控制的外设完成命令的接受和转发。DSP程序控制流程如图4所示。图2中的串行接口1接收远程命令，完成命令的翻译及相应的功能。主控器开始工作后处于接收等待串口命令的状态。接收到串口命令后，解析并分别判断是否为“相机控制”、“存储图像”、“读出图像数据”命令，如果判断为“是”，DSP根据指令内容的不同分别完成红外热像仪、可见光相机和MS4100多光谱相机控制，采集相应图像以及存储多光谱图像，多光谱图像数据读出到上位机的功能；完成相应功能后或解析判断为“否”，返回接收串口命令状态。上位机软件解析上传的数据完成图像的恢复和显示。

本发明充分利用FPGA的可编程功能和DSP高速数据处理功能，控制数码相机、红外热像仪和多光谱相机同时采集对地图像，并把没有存储功能的多光谱相机MS4100采集的原始图像存储于高速FLASH中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：具有电源模块、DSP、FPGA、FLASH存储器、SDRAM、LVDS接口芯片、网口芯片、对外接口及其附属电路，对外接口有8个，分别为接口1、接口2、接口3、接口4、接口5、接口6、接口7和接口8，遥控采集控制装置通过上述8个接口与外部设备相连接；其中，

FPGA通过接口3经由快门线与光学数码相机相连，用于控制相连接的图像采集设备；通过接口5经由RS232与红外热像仪相连，用于控制红外热像仪图像采集；通过接口6经由CameraLink与多光谱相机MS4100相连，用于接收并控制多光谱相机MS4100所采集的图像数据的处理和存储；通过接口1经由RS232与无线接收机相连，用于接收地面无线图像采集控制指令；通过接口7经由RS232控制多光谱相机MS4100图像采集；FPGA还与FLASH存储器和DSP相连；

接口2为网口RJ45，用于读出采集到的多光谱图像到上位机；接口4是电源输入接口，为采集控制装置供电；接口8是电源输出接口，为多光谱相机MS4100供电。

2.如权利要求1所述的一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：多光谱相机MS4100自身不带图像存储器，其所采集的图像数据经接口6发送至LVDS接口芯片，转换为FPGA能接受的数据信号；FPGA与DSP通过EMIF相连；FPGA接收的多光谱图像数据经FPGA和DSP共同处理后缓存在SDRAM1和SDRAM2中。

3.如权利要求2所述的一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：SDRAM1和SDRAM2采用乒乓操作，当SDRAM1存满来自多光谱相机MS4100的图像数据时，SDRAM2开始缓存来自多光谱相机MS4100的数据，同时，FPGA将SDRAM1缓存的图像数据读出并存储到FLASH存储器中；当SDRAM2存满来自多光谱相机MS4100的数据时，SDRAM1开始缓存来自多光谱相机MS4100的数据，同时，FPGA将SDRAM2缓存的图像数据读出并存储到FLASH存储器中，直到图像采集结束。

4.如权利要求1所述的一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：上述FPGA有两种工作状态，分别为图像采集状态和图像读出状态，状态的选择受DSP给出的GPIO端口的高低电平控制。

5.如权利要求4所述的一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：在采集状态下，将CameraLink输入数据流通过输入数据选择单元实时地分配到两个数据缓存区在读出状态下，FLASH存储器将读出逻辑电路控制权交给DSP对应的EMIF，使得在读出逻辑状态下，将硬盘数据交给DSP的控制程序，通过接口2发送给上位机。

6.如权利要求1所述的一种带存储功能的多图像采集设备的遥控采集控制装置，其特征在于：分别利用两组SDRAM作为乒缓存器和乓缓存器，使用“空间换取时间”的方法，使两组缓存器在同一时间分别作为读和写的缓存，达到并行的目的；乒状态时，乒乓操作控制器向SDRAM2中写入数据，与此同时从SDRAM1中读取状态交换之前已经存入的数据；在乓状态时，乒乓操作控制器向SDRAM1中写入数据，同时从SDRAM2中读取状态交换之前已经存入的数据，送入FLASH存储器写入逻辑电路将数据实时存贮下来。