CN108282631A - 一体化的空间相机自动化测试系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种一体化的空间相机自动化测试系统，包括地面检测台，所述地面检测台被配置成监视和控制相机管理器的工作状态，并定期向相机管理器和图形工作站发送能够改变相机成像状态的批处理指令；以及快视系统，所述快视系统被配置成显示读取、处理、显示和存储所采集到的图像数据，并且进一步包括：格式转换器、PCIe图像接收卡、图形工作站、以及CAN总线通讯卡。根据本发明的一体化的空间相机自动化测试系统具有高通用性和灵活性，各个模块复用性强，可以实现空间相机性能的准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及空间相机测试系统，特别涉及对相机图像数据的实时采集、转化、显示并进行校验的一体化的空间相机自动化测试系统。
背景技术
空间相机在测绘、资源普查、农业环境、环境科学等各个领域都有广泛应用，在使用之前需要对其功能进行详细测试。现有的相机数据采集系统无法实现集成化和一体化且不具备灵活性和简便性。
因此，需要一种一体化的空间相机自动化测试系统。
发明内容
针对以上问题，本发明基于图形工作站的高集成度系统平台方案设计思路，提出了一种灵活简便的一体化的空间相机自动化测试系统。
根据本发明，提供了一种一体化的空间相机自动化测试系统，包括：地面检测台，所述地面检测台被配置成监视和控制相机管理器的工作状态，并定期向所述相机管理器和图形工作站发送能够改变相机成像状态的批处理指令；以及快视系统，所述快视系统被配置成显示读取、处理、显示和存储所采集到的图像数据，并且进一步包括：格式转换器，所述格式转换器被配置成接收来自相机的多路并行图像数据，将接收到的多路并行图像数据进行格式转换以得到格式转换后的图像数据；PCIe图像接收卡，所述PCIe图像接收卡被配置成从所述格式转换器接收格式转换后的图像数据；图形工作站，所述图形工作站被配置成通过其PCIe总线将来自所述PCIe图像接收卡的所述格式转换后的图像数据以及来自所述地面检测台和所述相机管理器的批处理指令读取到运行在其上的上位机软件中，并完成对图像的显示、分析、处理、存储的操作；以及CAN总线通讯卡，所述CAN总线通讯卡被配置成实现所述上位机软件与相机管理器之间、以及所述上位机软件与所述地面检测台之间的通信。
优选地，所述格式转换器进一步包括：数据接收模块，所述数据接收模块被配置成从所述相机接收多路并行图像数据；数据复接模块，所述数据复接模块被配置成对接收到的多路并行图像数据进行复接处理，并在接收到上一级缓冲器的满标志信号后用高速时钟读取缓存中的数据；光纤发送模块，所述光纤发送模块被配置成将复接后的相机数据进行格式编排处理并通过光线接口传送格式编排处理后的相机数据；三线控制模块，所述三线控制模块通过串口控制模块将相机的状态信息传送给所述上位机软件，使所述上位机软件对所述相机进行指令操作，并将信息集成在所述格式转换器中；以及串口控制模块，所述串口控制模块被配置成实现以下功能：所述上位机软件对所述格式转换器的控制、遥控指令的接收、将遥控指令发送给所述三线控制模块、以及将遥测信息返还给所述上位机软件。
优选地，所述三线控制模块进一步包括：三线使能/时钟产生模块，所述三线使能/时钟产生模块被配置成产生使能/时钟信号，并且在三线接口部分的时钟的上升沿发送遥控数据，在下降沿采集遥测信息；三线发送模块，从所述串口控制模块接收遥控指令信息，并按照要求中送时序来发送遥控信息；三线接收模块，所述三线接收模块被配置成从所述相机接收三线遥测信息和状态监测信息；以及秒脉冲产生模块，所述秒脉冲产生模块被配置成产生秒脉冲，并且需要两路脉冲输出：主份和备份。
优选地，所述上位机软件进一步被配置成：逐条对比来自所述地面检测台的批处理指令与来自所述相机管理器的批处理指令是否一致；如果不一致，则要求所述地面检测台重新发指令；如果接收到的指令是一致的，则开始检查辅助数据与指令一致的图像数据，并判断图像是否随指令产生正确的变化；当所有指令执行完毕之后，完成一组测试，并打印测试报告。
优选地，所述格式转换器进一步包括：接口板卡，所述接口板卡能够针对不同的相机接口进行定制化；以及控制板卡，所述控制板卡包含FPGA芯片，并且数据处理功能在控制板卡上实现。
优选地，所述复接分为以下两级：第1级复接为单路相机的主/备份合路；第2级复接为6路相机的数据合路。
优选地，所述多路并行图像数据包括全色数据和多光谱数据。
优选地，全色通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元和有效像元图像数据。
优选地，多光谱通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元、B1谱段有效像元数据、B2谱段有效像元数据、B3谱段有效像元数据和B4谱段有效像元数据。
优选地，全色通道每个行同步信号周期的低电平时长为12352个时钟信号周期，全色通道每个行同步信号周期的高电平时长为598～14543个时钟信号周期；多光谱通道每个行同步信号周期的低电平时长为37056个时钟信号周期，多光谱通道每个行同步信号周期的高电平时长为14744～70524个时钟信号周期。。
根据本公开和附图的下面的详细描述，对本领域的普通技术人员来说其它的目的、特征、以及优点将是显而易见的。
附图说明
附图图示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的一体化自动化测试系统100的示意图；
图2A示出了根据本发明实施例的地检站101的工作流程图；
图2B示出了根据本发明实施例的上位机软件处理接收到的批指令的流程图；
图3示出了根据本发明实施例的电缆接线图的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的格式转换器107的设计框图；以及
图5示出了根据本发明实施例的三线控制模块407的内部结构框图。
具体实施方式
根据本发明的实施例公开了一种空间相机一体化的自动化测试系统。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了多个具体细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，对于本领域人员显而易见的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实现。
图1示出了根据本发明实施例的一体化自动化测试系统100的示意图。如图1所示，该自动化测试系统系统100包括地面检测台101和快视系统102。快视系统102进一步包括格式转换器107、PCIe图像接收卡109、CAN总线通讯卡111和图形工作站113。此外，该系统100可以对接到辅助设备以进行测试，所述辅助设备包括相机管理器103和相机105。
图2A示出了根据本发明实施例的地面检测台101的工作流程图。地面检测台101可以是计算机、服务器等，用来监视、控制相机管理器103的工作状态。如图2A所示，地面检测台101定期(例如，在一个实施例中，每2～4秒)发送批处理指令，其中每条指令都可以改变相机成像状态。批处理指令通过CAN总线协议分别发送到相机管理器103和图形工作站113的上位机软件中。相机管理器103解析接收到的指令，并且控制相机105改变成像状态。而且，相机管理器103同时将相同的指令通过CAN总线(两路，互为备份)发送给软件。
图2B示出了根据本发明实施例的上位机处理接收到的批指令的流程图。运行于图形工作站上的上位机软件从PCIe图像接收卡109接收CCD图像数据，进行数据存储、显示和数据分析等。如图2B所示，上位机软件首先对比自已接收到的相机管理器103与地面检测台101的指令是否一致。如果不一致，则要求地面检测台101重新发指令；如果接收到的指令是一致的，则开始检查图像数据中的辅助数据部分，检查到辅助数据与指令一致，并判断图像已经随指令产生正确的变化，进行图像存储，完成本条指令自动化测试。当所有指令执行完毕之后，则完成一组测试，并打印测试报告。
快视系统102用来处理所采集到的图像数据。快视系统102的主要工作模式包括：实时工作模式、回放工作模式、和文件处理模式。
实时工作模式是快视系统102最常用的工作模式。在实时工作模式下，可以实时显示图像、刷新辅助数据、判断图像行的连续性、存储采集的相机数据。实时工作模式可以分为预约存储模式和无预约存储模式。无预约存储模式只是将采集的相机数据实时显示出来，不保存采集的原始数据。在预约存储(倒计时或倒计行)模式下，将根据预约的数据量的大小申请内存空间(申请的空间最大不超过128T)，并启动存储线程。当用户启动存储时，将数据保存到内存中，存储完数据后将数据通过存储线程写入磁盘文件中，在存储期间不影响快视工作图像显示。
回放工作模式主要是对已存储的图像数据进行回放显示。建立读取数据和图像/数据显示两个线程，其中读取数据线程是从已存的图像数据文件中读取数据，然后交给显示线程进行显示。数据读取线程采用异步方式读取文件数据，从而可以使读取数据和显示并行进行，加快回放速度。
文件处理模式的功能至少包括：用户可以批量添加待处理文件，并对加入的文件进行批量分割处理；对多个图像文件进行搭接拼接处理，实现多片CCD(电荷藕合器件)图像拼接合并成一幅宽覆盖图像；将原始数据文件的辅助数据提取出来并存为单独的文件。
格式转换器107通过数据传输线缆接收来自相机105的数据，所述数据传输线缆包括但不限于例如LVDS并行总线、CAMERLINK电缆等。格式转换器107的一端与相机105连接，用来将相机105的多路并行图像数据进行格式转换，然后通过高密度的电缆输出到PCIe图像接收卡109中。
而且，格式转换器107在设计上包括两个分离的功能：接口板卡和控制板卡。其中，控制板卡上包含FPGA芯片，数据处理(例如，格式转换等)功能在控制板卡上实现；接口板卡可以针对不同的相机接口进行定制化。在设计上采用控制卡和接口卡分离的思路提高了格式转换器的重用性。对于不同的相机接口，只需要重新设计接口板卡，而不需要将整个格式转换器进行重新设计。
格式转换器107可同时采集相机105的多片(例如，1～6片)CCD的数据，对其进行复接和格式整理，组成高速数据，发送给图形工作站113，供上位机软件处理。相机105输入一体化自动化测试系统100的数据为并行方式，并且包括全色数据和多光谱数据。格式转换器107在接收到CCD数据信号之后对每路信号进行缓存和组帧，并当缓存满一帧时，将其转换成高速光纤信号，输入到图形工作站113进行后续处理。
PCIe图像接收卡109用于接收从格式转换器107发送的图像数据，并通过图形工作站113的PCIe总线将数据读取到图形工作站113的上位机软件中。
CAN总线通讯卡111实现了以下功能：1)上位机软件与相机管理器103之间通信；2)上位机软件与地面检测台101之间的通信。在一个实施例中，CAN接口为工业级设计，自带磁耦隔离模块，使其避免由于地环流的损坏而具有强大的抗静电和浪涌能力，从而使之可以在恶劣环境中使用。
可供选择的CAN总线通讯卡包括：
1)三路或者四路PCI接口CAN卡，其通过PCI接口接入图形工作站113；以及
2)以太网CAN转换器，其通过网络接入图形工作站113。内部集成四路CAN总线接口和一路Ethernet接口，并自带TCP/IP或者UDP协议栈，利用它可以轻松完成CAN总线网络和Ethernet网络的互连互通，建立以太网-CAN两层网络架构，从而实现远程控制，大大扩展CAN总线网络的应用范围。
图形工作站113用来总体上控制一体化自动化测试系统100中的各个设备，完成图像的显示、分析、处理、存储等操作，并且上位机软件运行在图形工作站113上。
图3示出了根据本发明实施例的电缆接线图的示意图。如图3所示，地面检测台101经由CAN总线连接至图形工作站113以向其发送指令，并且地面检测台还与相机105连接以向其发送指令从其接收遥测数据，相机分系统301可以包括相机管理器103和相机105。CAN总线例如是500k的高速总线。而且，相机分系统301和格式转换器107都连接至快视系统102，以实现与其的通信。具体地，在一个实施例中，相机分系统301经由三线向快视系统102发送指令数据，并经由CAN总线(例如，307.2k)发送数据，格式转换器107经由光纤向快视系统102发送图像数据，并且快视系统102还通过串口实现与格式转换器107的测试接口的相互通信。此外，相机分系统301还通过6路LVDS向格式转换器107传输图像数据，秒脉冲用于产生信号，计算图像的时标精度。
图4示出了根据本发明实施例的格式转换器107的设计框图。如图4所示，格式转换器107包括数据接收模块401、数据复接模块403、光纤发送模块405、三线控制模块407、以及串口控制模块409。
具体地，数据接收模块401主要实现对全色数据以及多光谱数据的接收，全色通道每个行同步信号周期的低电平时长为12352个时钟信号周期，在此时间段内将辅助数据(64个时钟周期)、TDICCD 6144个有效像元图像数据(12288个时钟周期，按像元编号有小到大)依次送出；全色通道每个行同步信号周期的高电平时长为598～14543个时钟信号周期。具体地，全色通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元和有效像元图像数据。全色通道送出的数据顺序、内容和对应的时钟周期数如表1所示。
表1全色通道输出数据顺序、内容和时钟周期
| 顺序 | 内容 | 时钟周期数 |
| 1 | 行数据头标识 | 6 |
| 2 | 相机片号标识 | 2 |
| 3 | 行号标识 | 6 |
| 4 | 帧计数 | 2 |
| 5 | 行同步对应内部时间计数值 | 8 |
| 6 | 卫星辅助数据 | 24 |
| 7 | 暗像元 | 16 |
| 8 | 有效像元图像数据 | 12288 |
多光谱通道每个行同步信号周期的低电平时长为37056个时钟信号周期，在此时间段内将辅助数据(192个时钟周期)、B1谱段有效像元数据(9216个时钟周期)、B2谱段有效像元数据(9216个时钟周期)、B3谱段有效像元数据(9216个时钟周期)、B4谱段有效像元数据(9216个时钟周期)(共36864个时钟周期，按像元编号有小到大)一次送出；多光谱通道每个行同步信号周期的高电平时长为14744～70524个时钟信号周期。具体地，多光谱通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元、B1谱段有效像元数据、B2谱段有效像元数据、B3谱段有效像元数据和B4谱段有效像元数据。多光谱通道送出的数据顺序、内容和时钟周期数如表2所示。
表2多光谱通道输出数据顺序与内容
| 顺序 | 内容 | 时钟周期数 |
| 1 | 行数据头标识 | 18 |
| 2 | 相机片号标识 | 6 |
| 3 | 行号标识 | 18 |
| 4 | 帧计数 | 6 |
| 5 | 行同步对应内部时间计数值 | 24 |
| 6 | 卫星辅助数据 | 72 |
| 7 | 暗像元 | 48 |
| 8 | B1谱段有效像元数据 | 9216 |
| 9 | B2谱段有效像元数据 | 9216 |
| 10 | B3谱段有效像元数据 | 9216 |
| 11 | B4谱段有效像元数据 | 9216 |
数据复接模块403主要是避免数据出现行跳变，或者错行头之类的错位信息等行为，需要对接收到的图像数据进行复接处理。在一个实施例中，复接分为两级，第1级复接为单路相机的主/备份合路；第2级复接为6路相机的数据合路。数据复接模块403接收到上一级缓冲器的满标志信号后用高速时钟读取缓存中的数据。数据复接模块403采用轮询的调度算法，实现六组CCD数据的合路，高速输出。
在所有接收到的相机数据复接成一路数据之后，光纤发送模块405的全色和多光谱CCD各通过两根光纤接口传送数据。为了便于图像格式转换器107与PCIe图像接收卡109之间的数据同步，光纤发送模块405将复接后的相机数据进行格式编排处理。增加两个同步头，帧同步头为8字节用于内部数据界定，数据同步头包括自加标识和帧计数，用于相机数据的界定和数据连续性判断。
串口控制模块409的主要功能是实现上位机对格式转换器107的控制、遥控指令的接收、将指令发送给三线控制模块407、以及将遥测信息返还给上位机。对格式转换器107的控制包括但不限于：主备份切换、长短帧选择、编码方式选择、以及SMA测试通道测试项的选择。对相机105的遥控指令发送指的是上位机通过读取指令文件，再经过串口发送到格式转换器107，由格式转换器107发送给相机105。遥测信息的返回指的是通过接收三线控制模块407的遥测信息，按照串口协议处理，返回上位机。
图5示出了根据本发明实施例的三线控制模块407的内部结构框图。如图5所示，三线控制模块407通过串口控制模块409将相机的状态信息传送给上位机，使上位机对相机105进行指令操作，并将信息集成在格式转换器107中。由图5所示的三线控制模块407包括三线使能/时钟产生模块503、三线发送模块505、三线接收模块507。三线使能/时钟产生模块503用来产生使能/时钟信号。在一个实施例中，在三线使能/时钟产生模块503中，三线接口部分的时钟是500KHz，且在该时钟的上升沿发送遥控数据，在下降沿采集遥测信息。三线接收模块507从相机105接收三线遥测信息和状态监测信息。三线发送模块505从串口控制模块409接收遥控指令信息，发送遥控指令信息，每次发送四个字节，串行传输。秒脉冲产生模块产生三线秒脉冲，该秒脉冲整秒产生，低电平保持1毫秒，发送到相机105，并且需要两路脉冲输出：主份和备份。
根据本发明实施例，例如，在不采集遥测信息时，状态信息要一直发送；当采集遥测信息时，状态监测信息附在遥测信息前发送，并且遥测信息以14字节的方式发送给上位机。
PCIe图像接收卡FPGA的设计分为三大部分：测试报文产生模块、报文接收模块、和PCIE接口模块。测试报文产生模块用来产生测试报文和模拟数据报文，并通过FMC光纤子卡的接口发出。报文接收模块用来接收实际的输入数据，通过FMC光纤子卡进行接收，并且将接收到的报文根据上位机软件设置的缓存大小进行存储。PCIE图像接收卡用来与上位机软件进行读写操作控制，支持DMA以及中断。
CAN数据模块同时接收地面检测台101和相机管理器上的CAN总线数据，通过PCIE接口传送到上位机。上位机软件对接收到的数据进行格式检查和行号检查，也可以对接收到的指令和图像数据中的辅助数据进行比对，如果遥测数据有误，则自动报警。设计的软件具有数据读取、解析以及将参数对比的功能，并且在相机工作电压、工作电流越限时可以自动报警。
根据本发明的一体化的空间相机自动化测试系统能够在接入相机和相机管理器的情况下，将相机的图像和相机管理器发出的指令等数据传输至快视系统，并通过快视系统对图像数据进行处理和分析，从而实现对相机性能的检测功能。根据本发明的一体化的空间相机自动化测试系统具有高通用性和灵活性，各个模块复用性强，可以实现空间相机性能的准确检测。
上述实施例仅是本发明的优选实施例，并不用于限制本发明。对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种修改和改变。因此，本发明意在涵盖落入如权利要求所限定的本发明的范围之内的所有的修改或变型。
Claims (10)
1.一种一体化的空间相机自动化测试系统，包括：
地面检测台，所述地面检测台被配置成监视和控制相机管理器的工作状态，并定期向所述相机管理器和图形工作站发送能够改变相机成像状态的批处理指令；以及
快视系统，所述快视系统被配置成显示读取、处理、显示和存储所采集到的图像数据，并且进一步包括：
格式转换器，所述格式转换器被配置成接收来自相机的多路并行图像数据，将接收到的多路并行图像数据进行格式转换以得到格式转换后的图像数据；
PCIe图像接收卡，所述PCIe图像接收卡被配置成从所述格式转换器接收格式转换后的图像数据；
图形工作站，所述图形工作站被配置成通过其PCIe总线将来自所述PCIe图像接收卡的所述格式转换后的图像数据以及来自所述地面检测台和所述相机管理器的批处理指令读取到运行在其上的上位机软件中，并完成对图像的显示、分析、处理、存储的操作；以及
CAN总线通讯卡，所述CAN总线通讯卡被配置成实现所述上位机软件与相机管理器之间、以及所述上位机软件与所述地面检测台之间的通信。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述格式转换器进一步包括：
数据接收模块，所述数据接收模块被配置成从所述相机接收多路并行图像数据；
数据复接模块，所述数据复接模块被配置成对接收到的多路并行图像数据进行复接处理，并在接收到上一级缓冲器的满标志信号后用高速时钟读取缓存中的数据；
光纤发送模块，所述光纤发送模块被配置成将复接后的相机数据进行格式编排处理并通过光线接口传送格式编排处理后的相机数据；
三线控制模块，所述三线控制模块通过串口控制模块将相机的状态信息传送给所述上位机软件，使所述上位机软件对所述相机进行指令操作，并将信息集成在所述格式转换器中；以及
串口控制模块，所述串口控制模块被配置成实现以下功能：所述上位机软件对所述格式转换器的控制、遥控指令的接收、将遥控指令发送给所述三线控制模块、以及将遥测信息返还给所述上位机软件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述三线控制模块进一步包括：
三线使能/时钟产生模块，所述三线使能/时钟产生模块被配置成产生使能/时钟信号，并且在三线接口部分的时钟的上升沿发送遥控数据，在下降沿采集遥测信息；
三线发送模块，从所述串口控制模块接收遥控指令信息，并按照要求中送时序来发送遥控信息；
三线接收模块，所述三线接收模块被配置成从所述相机接收三线遥测信息和状态监测信息；以及
秒脉冲产生模块，所述秒脉冲产生模块被配置成产生秒脉冲，并且需要两路脉冲输出：主份和备份。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述上位机软件进一步被配置成：
逐条对比来自所述地面检测台的批处理指令与来自所述相机管理器的批处理指令是否一致；
如果不一致，则要求所述地面检测台重新发指令；
如果接收到的指令是一致的，则开始检查辅助数据与指令一致的图像数据，并判断图像是否随指令产生正确的变化；
当所有指令执行完毕之后，完成一组测试，并打印测试报告。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述格式转换器进一步包括：
接口板卡，所述接口板卡能够针对不同的相机接口进行定制化；以及
控制板卡，所述控制板卡包含FPGA芯片，并且数据处理功能在控制板卡上实现。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述复接分为以下两级：第1级复接为单路相机的主/备份合路；第2级复接为6路相机的数据合路。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多路并行图像数据包括全色数据和多光谱数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，全色通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元和有效像元图像数据。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，多光谱通道依次输出以下数据：行数据头标识、相机片号标识、行号标识、帧计数、行同步对应内部时间计数值、卫星辅助数据、暗像元、B1谱段有效像元数据、B2谱段有效像元数据、B3谱段有效像元数据和B4谱段有效像元数据。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，全色通道每个行同步信号周期的低电平时长为12352个时钟信号周期，全色通道每个行同步信号周期的高电平时长为598～14543个时钟信号周期；多光谱通道每个行同步信号周期的低电平时长为37056个时钟信号周期，多光谱通道每个行同步信号周期的高电平时长为14744～70524个时钟信号周期。
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