CN107426466A - 一种tdiccd成像系统非均匀噪声快速校正装置及校正方法 - Google Patents

Abstract

一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置及校正方法，属于遥感成像领域，解决了现有校正系统存在的成本高、效率低、耗时长的问题。该校正装置包括：TLK2711接收由TDI CCD成像系统输出的图像数据；FPGA缓存图像数据并计算其平均灰度响应值，利用实时自动归一化方法分析校正参数；校正参数通过1553B、RS422或CAN发送给TDI CCD成像系统，TDI CCD成像系统在当前校正参数状态下对均匀光信号再次拍照并输出图像数据通过TLK2711反馈至FPGA中，实现校正参数的闭环调整；显示终端接收由CAMERALINK输出的经校正后的图像数据。本发明成本低、效率高、省时省力。

Description

一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置及校正方法

技术领域

本发明属于遥感成像技术领域，涉及一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置及校正方法。

背景技术

TDI CCD传感器是一种具备时间延迟积分功能的光电耦合器件，具有灵敏度高、噪声低、动态范围大等特点，因而广泛的应用于航空侦察、空间探测等遥感领域。由于TDI CCD传感器的像元数较多，为使其具有高行频、高效率输出的工作能力，通常采用多个通道并行输出的方式。但由于CCD器件材料、生产工艺及输出放大器之间存在差异，从而导致各通道像元的光电响应会不一致，因此各通道输出的视频信号之间存在一定的非均匀性。这种响应非均匀性会严重影响图像的成像质量与显示效果，使TDI CCD成像系统无法满足使用要求，因此必须对TDI CCD成像系统进行非均匀性校正。

目前，常用的TDI CCD非均匀校正系统是基于辐射定标原理设计并开展的，即将TDI CCD成像系统的图像数据进行全部采集与显示，然后由试验人员根据每通道像元响应的灰度值，基于某些校正算法进行成像参数的调整，从而实现TDI CCD成像系统的非均匀校正。由于上述这种校正系统需要多台图像采集设备，将全部的图像数据显示出来，因此整个校正系统的研发经费较高，并且在校正过程中需要有人工参与，因此这种校正系统的效率较低、耗时长。尤其是当TDI CCD成像系统的通道数较多时，无法实现非均匀噪声的快速校正。

因此，为满足TDI CCD成像系统非均匀噪声的快速校正需求，须研究出一种能够实现TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正的装置及方法，在保证高效率、良好校正效果的同时，能有效降低研发经费。

发明内容

为了解决现有TDI CCD非均匀校正系统存在的成本高、效率低、耗时长的问题，本发明提供一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置及校正方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置，包括：

TDI CCD成像系统，对均匀光信号进行拍照并输出图像数据；

TLK2711接口，接收由TDI CCD成像系统输出的图像数据；

FPGA逻辑器件，接收由TLK2711接口输出的图像数据，对图像数据进行缓存并计算图像数据的平均灰度响应值，利用归一化方法分析校正参数；

与FPGA逻辑器件相连的1553B接口、RS422接口和CAN接口，所述校正参数通过1553B接口、RS422接口或CAN接口发送给TDI CCD成像系统，所述TDI CCD成像系统在当前校正参数状态下对均匀光信号再次进行拍照并输出图像数据，此图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，实现校正参数的闭环调整；

与FPGA逻辑器件相连的CAMERALINK接口，通过CAMERALINK接口输出校正后的图像数据；

显示终端，接收由CAMERALINK接口输出的经校正后的图像数据。

本发明还提供了一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正方法，该方法是采用上述的校正装置实现的，其包括以下步骤：

通过FPGA逻辑器件缓存TDI CCD成像系统输出的图像数据；设FPGA逻辑器件缓存m行图像数据，TDI CCD成像系统共有n个通道，则每个通道对应有一个平均灰度响应值，即通过比较选出最大的平均灰度响应值计算每个通道所对应的增益调整参数其中x＝1，2，…，n，将增益调整参数k_x通过CAN接口、RS422接口或1553B接口输出至TDI CCD成像系统，完成增益调整参数的设置；在当前增益调整参数状态下通过TDI CCD成像系统对均匀光信号进行拍照，所输出的图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，实现自动闭环校正；设m行图像数据的平均值与方差分别为和σ，其中P_i表示第i个像元的灰度值，N表示总像元数，则校正误差设校正误差控制门限为ε₀，判断：若ε≤ε₀，则停止自动校正，若ε＞ε₀，则继续调整增益调整参数，直到校正误差满足设定要求为止。

本发明的有益效果是：

1、为使校正装置具有更广的适应性，装置中同时集成了三种通信接口，即CAN接口、RS422接口和1553B接口。

2、由于该校正装置直接利用高速逻辑处理器件分析图像数据，避免了使用多台图像采集设备，因此可以有效节约研发成本。

3、本发明的校正方法基于图像数据形成闭环校正链路，利用一片集成处理核的FPGA逻辑器件实时接收与处理图像数据，采用实时自动归一化方法获取校正参数，并通过不同的通信接口输出校正参数，实现对非均匀噪声的快速校正，具有效率高、速度快、均匀性好等优点，并具有CAMERALINK接口，可实时输出校正后的图像数据。

4、为实现多通道TDI CCD成像系统响应非均匀性的快速校正，本发明的校正方法在校正参数调整的过程中减少了试验人员的参与，在保证校正效果的同时，提高了工作效率，利用高速FPGA逻辑器件实时分析TDI CCD成像系统的图像数据，输出不同通道的校正参数，从而实现基于图像数据的自动闭环校正，获得响应均匀的图像数据。

附图说明

图1为本发明的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置的结构框图。

图2为本发明的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置，主要是由FPGA逻辑器件、TLK2711接口、1553B接口、RS422接口、CAN接口、CAMERALINK接口、显示终端组成。显示终端与CAMERALINK接口相连，CAMERALINK接口与FPGA逻辑器件相连，TLK2711接口、1553B接口、RS422接口、CAN接口均与FPGA逻辑器件相连，同时TLK2711接口、1553B接口、RS422接口、CAN接口均与TDI CCD成像系统相连。

均匀光信号照射TDI CCD成像系统的焦平面，TDI CCD成像系统对均匀光信号进行拍照，输出的图像数据由TLK2711接口接收，并通过TLK2711接口输入至FPGA逻辑器件中，该FPGA逻辑器件将缓存所接收的图像数据，利用FPGA逻辑器件所集成的处理核计算图像数据的平均灰度响应值，并利用归一化方法分析校正参数，再由1553B接口、RS422接口或CAN接口将输出的校正参数发送给TDI CCD成像系统，TDI CCD成像系统在当前校正参数状态下对均匀光信号再次进行拍照，所输出的图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，实现校正参数的闭环调整，同时可利用CAMERALINK接口输出校正后的图像数据，该校正后的图像数据由显示终端接收，通过显示终端可以观察非均匀校正的图像效果。

本发明利用一片集成处理核的FPGA逻辑器件实现多通道校正参数的实时计算，利用CAN接口、RS422接口、1553B接口作为TDI CCD成像系统的通用控制接口，扩展了装置的适用范围。

本实施方式中，1553B接口、RS422接口、CAN接口这三个接口可以进行选择性使用，集成了三个通信接口，可以使本发明的校正装置具有更广的适应性。

本实施方式中，TLK2711接口主要由高速低电压差分信号(LVDS)收发器TLK2711器件设计实现。

本实施方式中，1553B接口、RS422接口与CAN接口均采用相应的专用接口芯片设计。具体的是：1553B接口采用BU-61580芯片设计实现，RS422接口采用DS26LV31芯片与DS26LV32芯片设计实现，CAN接口采用82C250芯片设计实现。

本实施方式中，CAMERALINK接口由3片高速LVDS串行化器件DS90CR287设计组成，构成FULL模式的高速相机数据接口。

本发明还提供了一种利用上述校正装置实现的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正方法，其具体工作流程如图2所示。均匀光信号照射TDI CCD成像系统的焦平面，TDI CCD成像系统对均匀光信号进行拍照，输出的图像数据由TLK2711接口接收，并通过TLK2711接口输入至FPGA逻辑器件中，该FPGA逻辑器件将缓存所接收的图像数据，利用FPGA逻辑器件所集成的处理核计算图像数据的平均灰度响应值，并利用归一化方法分析校正参数，具体的是：FPGA逻辑器件缓存m行图像数据，设TDI CCD成像系统共有n个通道，即通道OS₁～OS_n，则可分别获得n个通道所对应的平均灰度响应值，即每个通道对应有一个平均灰度响应值，然后比较这n个平均灰度响应值，找出最大的平均灰度响应值，即则可获得每个通道所对应的增益调整参数k_x，其中x＝1，2，…，n，将这n个增益调整参数k_x通过相应的通信接口(CAN接口、RS422接口或1553B接口)输出至TDI CCD成像系统，完成增益调整参数的设置；TDI CCD成像系统在当前增益调整参数状态下对均匀光信号再次进行拍照，所输出的图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，从而实现基于图像数据的自动闭环校正，这就是实时自动归一化校正方法。设m行图像数据的平均值与方差分别为和σ，则校正误差其中m行图像数据的平均值方差P_i表示第i个像元的灰度值，N则表示总的像元数量，设校正误差控制门限为ε₀，其为输入参数，判断ε与ε₀的大小，如果ε≤ε₀，则说明校正误差满足设定要求，停止自动校正过程，反之，则继续调整增益调整参数，直到校正误差满足设定要求。

在校正装置中设置了CAMERALINK接口，可以利用CAMERALINK接口输出校正后的图像数据，该校正后的图像数据由显示终端接收，通过显示终端可以观察非均匀校正的图像效果。利用CAMERALINK接口能够实时观看TDI CCD成像系统的校正过程与最终的校正结果，便于直观了解校正装置的工作状态，因此该装置是一种高效的、快速的、并具有良好交互接口的非均匀校正装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正装置，其特征在于，包括：

TDI CCD成像系统，对均匀光信号进行拍照并输出图像数据；

TLK2711接口，接收由TDI CCD成像系统输出的图像数据；

FPGA逻辑器件，接收由TLK2711接口输出的图像数据，对图像数据进行缓存并计算图像数据的平均灰度响应值，利用归一化方法分析校正参数；

与FPGA逻辑器件相连的1553B接口、RS422接口和CAN接口，所述校正参数通过1553B接口、RS422接口或CAN接口发送给TDI CCD成像系统，所述TDI CCD成像系统在当前校正参数状态下对均匀光信号再次进行拍照并输出图像数据，此图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，实现校正参数的闭环调整；

与FPGA逻辑器件相连的CAMERALINK接口，通过CAMERALINK接口输出校正后的图像数据；

显示终端，接收由CAMERALINK接口输出的经校正后的图像数据。

2.采用权利要求1所述的校正装置实现的一种TDI CCD成像系统非均匀噪声快速校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过FPGA逻辑器件缓存TDI CCD成像系统输出的图像数据；设FPGA逻辑器件缓存m行图像数据，TDI CCD成像系统共有n个通道，则每个通道对应有一个平均灰度响应值，即通过比较选出最大的平均灰度响应值计算每个通道所对应的增益调整参数其中x＝1，2，…，n，将增益调整参数k_x通过CAN接口、RS422接口或1553B接口输出至TDI CCD成像系统，完成增益调整参数的设置；在当前增益调整参数状态下通过TDI CCD成像系统对均匀光信号进行拍照，所输出的图像数据通过TLK2711接口反馈至FPGA逻辑器件中，实现自动闭环校正；设m行图像数据的平均值与方差分别为和σ，其中P_i表示第i个像元的灰度值，N表示总像元数，则校正误差设校正误差控制门限为ε₀，判断：若ε≤ε₀，则停止自动校正，若ε＞ε₀，则继续调整增益调整参数，直到校正误差满足设定要求为止。