CN110996007B - 一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法 - Google Patents

一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法，解决遥感相机需要通过改变卫星轨道高度等方式来改变遥感相机的工作高度来调整地面像元分辨率，需要耗费大量卫星燃料，且需要较长的调整时间的问题。遥感相机分辨率自动调整系统由CMOS图像传感器、成像控制FPGA、串行通讯接口芯片和数传接口组成。遥感相机分辨率自动调整系统、方法根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置切换为低分辨率高灵敏度模式或高分辨率低灵敏度模式，进行行周期和CMOS图像传感器驱动时序的在轨无缝切换，实现对特定目标/区域的高分辨率或高灵敏度成像，使遥感相机具备更大的灵活性和应用效率。

Description

一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法
技术领域
本发明涉及采用CMOS图像传感器、以航天器等为平台的遥感相机，特别涉及一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法。
背景技术
遥感相机以航天器等为观测平台，对地球或月球、火星等其他星体成像，一般采用电荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)或CMOS作为图像传感器进行光电转换，随着CMOS图像传感器技术的发展，逐渐替代CCD，在空间相机中应用越来越广泛。目前长光辰芯等公司生产的CMOS图像传感器，可以工作在大像元或小像元方式，采用大像元时传感器的灵敏度高，采用小像元时图像传感器的总的像元数多，在光学系统孔径和焦距不变的情况下可以得到更高的分辨率。目前以航天器为观测平台的遥感相机的焦距都在米级甚至更长，变焦距光学系统和结构设计困难，因而焦距通常都是固定的，相机调焦单元的作用是修正遥感相机经历发射振动和真空环境带来焦面的漂移，对焦距基本没有影响，使用的CCD或CMOS图像传感器也以固定大小的像元工作，当遥感相机的工作高度固定时，地面像元分辨率是固定的。有时为了取得更高的分辨率，需要通过卫星降低轨道高度等方式来降低遥感相机的工作高度，这就需要耗费更多的卫星燃料，且需要较长的调整时间。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法。其具体方案如下：
一种遥感相机分辨率自动调整系统，该系统包括CMOS图像传感器、成像控制FPGA、串行通讯接口芯片和数传接口芯片；
所述CMOS图像传感器用于将光信号转换成数字图像信号，其工作时需要接收所述成像控制FPGA提供的CMOS驱动信号、CMOS复位信号和SPI寄存器读写信号，所述CMOS图像传感器输出原始图像数据至所述成像控制FPGA进行后续的处理；
所述成像控制FPGA用于为所述CMOS图像传感器提供所述CMOS驱动信号、所述CMOS复位信号和所述SPI寄存器读写信号，从所述CMOS图像传感器接收所述数字图像信号后进行缓存和传输；所述成像控制FPGA与所述串行通讯接口芯片相连，完成与相机控制器的串行通讯，从所述相机控制器接收分辨率选择指令、摄像开始/结束指令和行周期原始码值；所述成像控制FPGA与所述数传接口芯片相连，将缓存后的所述数字图像信号经由所述数传接口芯片送至数传分系统；
所述成像控制FPGA包括CMOS驱动时序产生模块、小像元驱动时序ROM、大像元驱动时序ROM、CMOS复位模块、分辨率控制模块、串行通讯模块、SPI寄存器读写模块和图像缓存与传输模块；
所述CMOS驱动时序产生模块在收到所述分辨率控制模块发送的行周期信号、分辨率标识信号、时序产生信号和驱动时序读出长度后，向所述小像元驱动时序ROM或所述大像元驱动时序ROM发送地址信号和读信号，从所述小像元驱动时序ROM或所述大像元驱动时序ROM读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器；
所述CMOS小像元驱动时序ROM用于存储所述CMOS图像传感器采用小像元方式成像时所需的驱动时序，在收到所述CMOS驱动时序产生模块发送的所述地址信号和所述读信号后，将所述数据送至所述CMOS驱动时序产生模块；
所述CMOS大像元驱动时序ROM用于存储所述CMOS图像传感器采用大像元方式成像时所需的驱动时序，在收到所述CMOS驱动时序产生模块发送的所述地址信号和所述读信号后，将所述数据送至所述CMOS驱动时序产生模块；
所述CMOS复位模块在收到所述分辨率控制模块发送的开始复位信号后，产生使所述CMOS图像传感器复位所需的CMOS复位信号，送至所述CMOS图像传感器；
所述分辨率控制模块从所述串行通讯模块接收所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值，根据所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值产生高分辨率模式或低分辨率模式对应的所述行周期信号，送至所述CMOS驱动时序产生模块；根据所述分辨率选择指令产生所述分辨率标识信号、所述时序产生信号和所述驱动时序读出长度送至所述CMOS驱动时序产生模块；产生所述开始复位信号送至所述CMOS复位模块；产生读写SPI寄存器信号并将所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号送至所述SPI寄存器读写模块；将所述分辨率标识信号送至所述图像缓存与传输模块；
所述串行通讯模块通过所述串行通讯接口芯片与所述相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将所述摄像状态信号设置为摄像结束；当收到所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值时转发给所述分辨率控制模块；所述串行通讯模块产生的摄像状态信号送至所述图像缓存与传输模块；
所述SPI寄存器读写模块从所述分辨率控制模块接收所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号，根据所述分辨率标识信号将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元或大像元对应的设置值；
所述图像缓存与传输模块从所述分辨率控制模块接收所述分辨率标识信号，根据所述分辨率标识信号修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值或低分辨率模式对应的设置值；从所述串行通讯模块接收所述摄像状态信号，当所述摄像状态信号为正在摄像时，通过所述图像缓存与传输模块和所述数传接口芯片向所述数传分系统传输所述数字图像信号，否则结束；
所述串行通讯接口芯片用于将从所述相机控制器发送过来的差分信号转换为TTL电平信号后送至所述成像控制FPGA中的所述串行通讯模块，将所述成像控制FPGA中的所述串行通讯模块产生的TTL电平信号转换为差分信号后送至所述相机控制器；
所述数传接口芯片用于将所述成像控制FPGA中的所述图像缓存与传输模块产生的TTL电平的所述数字图像信号转换为差分信号后送至所述数传分系统。
一种基于上文所述的遥感相机分辨率自动调整系统的方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置或遥控指令产生分辨率选择指令，经由串行通讯接口芯片发送给成像控制FPGA；之后执行步骤二；
步骤二、所述成像控制FPGA通过串行通讯模块接收所述分辨率选择指令和行周期原始码值，并转发给分辨率控制模块；之后执行步骤三；
步骤三、所述分辨率控制模块对所述分辩率选择指令确定的模式进行判断，当为高分辨率模式时，执行步骤四，当为低分辨率模式时执行步骤十；
步骤四、所述分辨率控制模块按所述高分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至CMOS驱动时序产生模块，进行像移匹配；之后执行步骤五；
步骤五、所述分辨率控制模块将驱动时序读出长度设置为高分辨率模式对应的长度，送至所述CMOS驱动时序产生模块；之后执行步骤六；
步骤六、所述分辨率控制模块发送开始复位信号使CMOS复位模块产生CMOS复位信号，送至CMOS图像传感器；之后执行步骤七；
步骤七、所述CMOS驱动时序产生模块在收到所述分辨率控制模块发送的时序产生信号和分辨率标识信号后，从小像元驱动时序ROM读出所述驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器；之后执行步骤八；
步骤八、SPI寄存器读写模块在收到分辨率控制模块发送的读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号后，将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元对应的设置值；之后执行步骤九；
步骤九、图像缓存与传输模块在收到所述分辨率控制模块发送的所述分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六；
步骤十、所述分辨率控制模块按低分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至所述CMOS驱动时序产生模块，进行像移匹配；之后执行步骤十一；
步骤十一、所述分辨率控制模块将所述驱动时序读出长度设置为低分辨率模式对应的长度，送至所述CMOS驱动时序产生模块；之后执行步骤十二；
步骤十二、所述分辨率控制模块发送开始复位信号使所述CMOS复位模块产生所述CMOS复位信号，送至所述CMOS图像传感器；之后执行步骤十三；
步骤十三、所述CMOS驱动时序产生模块在收到所述分辨率控制模块发送的所述时序产生信号和所述分辨率标识信号后，从大像元驱动时序ROM读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器；之后执行步骤十四；
步骤十四、所述SPI寄存器读写模块在收到所述分辨率控制模块发送的所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号后，将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为大像元对应的设置值；之后执行步骤十五；
步骤十五、所述图像缓存与传输模块在收到所述分辨率控制模块发送的所述分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为低分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六；
步骤十六、串行通讯模块接收摄像开始/摄像结束指令，所述串行通讯模块通过串行通讯接口芯片与相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将所述摄像状态信号设置为摄像结束，之后将所述摄像状态信号送至图像缓存与传输模块，之后执行步骤十七；
步骤十七、所述图像缓存与传输模块对所述摄像状态信号进行判断，当所述摄像状态信号为正在摄像时，执行步骤十八，否则结束；
步骤十八、所述图像缓存与传输模块经由数传接口芯片向数传分系统传输数字图像信号，之后返回步骤十六。
优选的，步骤一中相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角来产生分辨率选择指令，当所述太阳高度角小于设定的阈值时采用低分辨率模式，否则采用高分辨率模式。
优选的，步骤一中相机控制器根据相机当前位置产生分辨率选择指令，以实现对重点目标区域的高分辨率成像或高灵敏度成像。
优选的，步骤四中高分辨率模式对应的行周期值TH和步骤十中低分辨率模式对应的行周期值TL的关系满足下式：
Figure BDA0002326893840000061
其中aB为所述CMOS图像传感器(10)采用大像元方式工作时的像元尺寸，aS为所述CMOS图像传感器(10)采用小像元方式工作时的像元尺寸。
由本发明提供的技术方案可以看出，和现有技术相比本发明具有以下优点：
1.可以根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置切换为低分辨率高灵敏度模式或高分辨率低灵敏度模式，实现对特定目标/区域的高分辨率或高灵敏度成像，使遥感相机具备更大的灵活性和应用效率。
2.避免了通过改变卫星轨道高度等方式来改变遥感相机地面像元分辨率，带来的耗费大量卫星燃料、且需要较长的调整时间的问题。
3.通过改变卫星轨道高度等方式或改变相机焦距来提高遥感相机分辨率，会导致视场角和覆盖宽度的减小，本发明在提高遥感相机分辨率的同时，视场角和覆盖宽度不变。
4.通过构建大像元驱动时序ROM和小像元驱动时许ROM，实现CMOS图像传感器驱动时序的在轨无缝切换。在切换工作模式过程中完成行周期的切换，实现像移速度匹配，保证模式切换后仍有良好的成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中遥感相机分辨率自动调整系统的结构图；
图2为本发明实施例中遥感相机分辨率自动调整方法的详细流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前以航天器为观测平台的遥感相机的焦距都在米级甚至更长，变焦距光学系统和结构设计困难，因而焦距通常都是固定的，相机调焦单元的作用是修正遥感相机经历发射振动和真空环境带来焦面的漂移，对焦距基本没有影响，使用的CCD或CMOS图像传感器也以固定大小的像元工作，当遥感相机的工作高度固定时，地面像元分辨率是固定的。有时为了取得更高的分辨率，需要通过卫星降低轨道高度等方式来降低遥感相机的工作高度，这就需要耗费更多的卫星燃料，且需要较长的调整时间。
另一方面，遥感相机最终获取图像的灰度和地面目标处的太阳高度角以及相机的灵敏度有关，相机的灵敏度越高，可以在太阳高度角越低的条件下成像，满足低照度条件下成像需求。因此如果遥感相机具备在轨分辨率的自动调整能力，可以根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置切换为低分辨率高灵敏度模式或高分辨率低灵敏度模式，实现对特定目标/区域的高分辨率或高灵敏度成像，则遥感相机具备更大的灵活性和应用效率。
参见图1所示，本实施例中的遥感相机分辨率自动调整系统，该系统包括CMOS图像传感器10、成像控制FPGA 20、串行通讯接口芯片30和数传接口芯片40。
所述CMOS图像传感器10用于将光信号转换成数字图像信号，其工作时需要接收成像控制FPGA 20提供的CMOS驱动信号、CMOS复位信号和SPI寄存器读写信号，CMOS图像传感器10输出数字图像信号至成像控制FPGA20进行后续的处理。
所述成像控制FPGA 20用于为CMOS图像传感器10提供CMOS驱动信号、CMOS复位信号和SPI寄存器读写信号，从CMOS图像传感器10接收原始图像数据后进行缓存和传输，成像控制FPGA 20与串行通讯接口芯片30相连，完成与相机控制器的串行通讯，从相机控制器接收分辨率选择指令、摄像开始/结束指令和行周期原始码值，成像控制FPGA 20与数传接口芯片40相连，将缓存后的图像数据经由数传接口芯片40送至数传分系统。
所述成像控制FPGA 20包括CMOS驱动时序产生模块21、小像元驱动时序ROM22、大像元驱动时序ROM23、CMOS复位模块24、分辨率控制模块25、串行通讯模块26、SPI寄存器读写模块27和图像缓存与传输模块28。
所述CMOS驱动时序产生模块21在收到分辨率控制模块25发送的行周期信号、分辨率标识信号、时序产生信号和驱动时序读出长度后，向小像元驱动时序ROM22或大像元驱动时序ROM23发送地址信号和读信号，从小像元驱动时序ROM22或大像元驱动时序ROM23读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至CMOS图像传感器10。
所述CMOS小像元驱动时序ROM 22用于存储CMOS图像传感器10采用小像元方式成像时所需的驱动时序，在收到CMOS驱动时序产生模块21发送的地址信号和读信号后，将数据送至CMOS驱动时序产生模块21。
所述CMOS大像元驱动时序ROM 23用于存储CMOS图像传感器10采用大像元方式成像时所需的驱动时序，在收到CMOS驱动时序产生模块21发送的地址信号和读信号后，将数据送至CMOS驱动时序产生模块21。
所述CMOS复位模块24在收到分辨率控制模块25发送的开始复位信号后，产生使CMOS图像传感器复位所需的CMOS复位信号，送至CMOS图像传感器10。
所述分辨率控制模块25从串行通讯模块26接收分辨率选择指令和行周期原始码值，根据分辨率选择指令和行周期原始码值产生高分辨率模式或低分辨率模式对应的行周期信号，送至CMOS驱动时序产生模块21；根据分辨率选择指令产生分辨率标识信号、时序产生信号和驱动时序读出长度送至CMOS驱动时序产生模块21；产生开始复位信号送至CMOS复位模块24；产生读写SPI寄存器信号并将读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号送至SPI寄存器读写模块27；将分辨率标识信号送至图像缓存与传输模块28。
所述串行通讯模块26通过串行通讯接口芯片30与相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将摄像状态信号设置为摄像结束，当收到分辨率选择指令和行周期原始码值时转发给分辨率控制模块25。串行通讯模块26产生的摄像状态信号送至图像缓存与传输模块28。
所述SPI寄存器读写模块27从分辨率控制模块25接收读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号，根据分辨率标识信号将CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元或大像元对应的设置值。
所述图像缓存与传输模块28从分辨率控制模块25接收分辨率标识信号，根据分辨率标识信号修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值或低分辨率模式对应的设置值；从串行通讯模块26接收摄像状态信号，当摄像状态信号为正在摄像时，通过图像缓存与传输模块和数传接口芯片40向数传分系统传输图像，否则结束。
所述串行通讯接口芯片30用于将从相机控制器发送过来的差分信号转换为TTL电平信号后送至成像控制FPGA 20中的串行通讯模块26，将成像控制FPGA 20中的串行通讯模块26产生的TTL电平信号转换为差分信号后送至相机控制器。
所述数传接口芯片40用于将成像控制FPGA 20中的图像缓存与传输模块28产生的TTL电平的图像数据转换为差分信号后送至数传分系统。
通常，本实施例中CMOS图像传感器10采用长光辰芯公司的HS1216B，成像控制FPGA20采用XILINX公司的XC6SLX150，串行通讯接口芯片30采用MAXIM公司的MAX483，数传接口芯片40采用DS90CR287MTD。
参见图2所示，本实施例还公开了一种基于遥感相机分辨率自动调整系统的方法，由以下步骤实现：
步骤一(110)、相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置或遥控指令产生分辨率选择指令经由串行通讯接口芯片30(MAX483)发送给成像控制FPGA 20(XC6SLX150)；之后执行步骤二(120)；
步骤二(120)、成像控制FPGA 20(XC6SLX150)通过串行通讯模块26接收分辨率选择指令和行周期原始码值，并转发给分辨率控制模块25；之后执行步骤三(130)；
步骤三(130)、分辨率控制模块25对分辩率选择指令确定的模式进行判断，当为高分辨率模式时，执行步骤四，当为低分辨率模式时执行步骤十(200)；
步骤四(140)、分辨率控制模块25按高分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至CMOS驱动时序产生模块21，进行像移匹配；之后执行步骤五(150)；
步骤五(150)、分辨率控制模块25将驱动时序读出长度设置为高分辨率模式对应的长度，送至CMOS驱动时序产生模块21；之后执行步骤六(160)；
步骤六(160)、分辨率控制模块25发送开始复位信号使CMOS复位模块24产生CMOS复位信号，送至CMOS图像传感器10；之后执行步骤七(170)；
步骤七(170)、CMOS驱动时序产生模块21在收到分辨率控制模块25发送的时序产生信号和分辨率标识信号后，从小像元驱动时序ROM22读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至CMOS图像传感器10；之后执行步骤八(180)；
步骤八(180)、SPI寄存器读写模块27在收到分辨率控制模块25发送的读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号后，将CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元对应的设置值；之后执行步骤九(190)；
步骤九(190)、图像缓存与传输模块28在收到分辨率控制模块25发送的分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六(260)；
步骤十(200)、分辨率控制模块25按低分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至CMOS驱动时序产生模块21，进行像移匹配；之后执行步骤十一(210)；
步骤十一(210)、分辨率控制模块25将驱动时序读出长度设置为低分辨率模式对应的长度，送至CMOS驱动时序产生模块21；之后执行步骤十二(220)；
步骤十二(220)、分辨率控制模块25发送开始复位信号使CMOS复位模块24产生CMOS复位信号，送至CMOS图像传感器10；之后执行步骤十三(230)；
步骤十三(230)、CMOS驱动时序产生模块21在收到分辨率控制模块25发送的时序产生信号和分辨率标识信号后，从大像元驱动时序ROM23读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至CMOS图像传感器10；之后执行步骤十四(240)；
步骤十四(240)、SPI寄存器读写模块27在收到分辨率控制模块25发送的读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号后，将CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为大像元对应的设置值；之后执行步骤十五(250)；
步骤十五(250)、图像缓存与传输模块28在收到分辨率控制模块25发送的分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为低分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六(260)；
步骤十六(260)、串行通讯模块26接收摄像开始/摄像结束指令，串行通讯模块26通过串行通讯接口芯片30(MAX483)与相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将摄像状态信号设置为摄像结束，之后将摄像状态信号送至图像缓存与传输模块28，之后执行步骤十七(270)；
步骤十七(270)、图像缓存与传输模块28对摄像状态信号进行判断，当摄像状态信号为正在摄像时，执行步骤十八(280)，否则结束；
步骤十八(280)、图像缓存与传输模块28经由数传接口芯片40(DS90CR287MTD)向数传分系统传输图像。之后返回步骤十六(260)。
在本实施例中，步骤一中相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角来产生分辨率选择指令，当太阳高度角小于30度时采用低分辨率模式(地面像元分辨率2m)，否则采用高分辨率模式(地面像元分辨率1m)。
又或者，步骤一中相机控制器根据相机当前位置产生分辨率选择指令，以实现对重点目标区域的高分辨率成像或高灵敏度成像。在本实施例中，步骤四中高分辨率模式对应的行周期值TH和步骤十中低分辨率模式对应的行周期值TL的关系满足下式：
Figure BDA0002326893840000121
其中aB为CMOS图像传感器采用大像元方式工作时的像元尺寸，在本实施例中为13μm，aS为CMOS图像传感器采用小像元方式工作时的像元尺寸，在本实施例中为6.5μm，因此低分辨率模式对应的行周期值为高分辨率模式对应的行周期值的两倍，在本实施例中相机控制器发给成像控制FPGA的行周期原始码值为根据像移速度计算得到的高分辨率模式的行周期码值，当采用低分辨率模式时行周期码值为原始码值的2倍。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种遥感相机分辨率自动调整系统及其方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种遥感相机分辨率自动调整系统，该系统包括CMOS图像传感器(10)、成像控制FPGA(20)、串行通讯接口芯片(30)和数传接口芯片(40)；其特征在于，
所述CMOS图像传感器(10)用于将光信号转换成数字图像信号，其工作时需要接收所述成像控制FPGA(20)提供的CMOS驱动信号、CMOS复位信号和SPI寄存器读写信号，所述CMOS图像传感器(10)输出原始图像数据至所述成像控制FPGA(20)进行后续的处理；
所述成像控制FPGA(20)用于为所述CMOS图像传感器(10)提供所述CMOS驱动信号、所述CMOS复位信号和所述SPI寄存器读写信号，从所述CMOS图像传感器(10)接收所述原始图像数据后进行缓存和传输；所述成像控制FPGA(20)与所述串行通讯接口芯片(30)相连，完成与相机控制器的串行通讯，从所述相机控制器接收分辨率选择指令、摄像开始/结束指令和行周期原始码值；所述成像控制FPGA(20)与所述数传接口芯片(40)相连，将缓存后的图像数据经由所述数传接口芯片(40)送至数传分系统；
所述成像控制FPGA(20)包括CMOS驱动时序产生模块(21)、小像元驱动时序ROM(22)、大像元驱动时序ROM(23)、CMOS复位模块(24)、分辨率控制模块(25)、串行通讯模块(26)、SPI寄存器读写模块(27)和图像缓存与传输模块(28)；
所述CMOS驱动时序产生模块(21)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的行周期信号、分辨率标识信号、时序产生信号和驱动时序读出长度后，向所述小像元驱动时序ROM(22)或所述大像元驱动时序ROM(23)发送地址信号和读信号，从所述小像元驱动时序ROM(22)或所述大像元驱动时序ROM(23)读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器(10)；
所述CMOS小像元驱动时序ROM(22)用于存储所述CMOS图像传感器(10)采用小像元方式成像时所需的驱动时序，在收到所述CMOS驱动时序产生模块(21)发送的所述地址信号和所述读信号后，将所述数据送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；
所述CMOS大像元驱动时序ROM(23)用于存储所述CMOS图像传感器(10)采用大像元方式成像时所需的驱动时序，在收到所述CMOS驱动时序产生模块(21)发送的所述地址信号和所述读信号后，将所述数据送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；
所述CMOS复位模块(24)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的开始复位信号后，产生使所述CMOS图像传感器复位所需的CMOS复位信号，送至所述CMOS图像传感器(10)；
所述分辨率控制模块(25)从所述串行通讯模块(26)接收所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值，根据所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值产生高分辨率模式或低分辨率模式对应的所述行周期信号，送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；根据所述分辨率选择指令产生所述分辨率标识信号、所述时序产生信号和所述驱动时序读出长度送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；产生所述开始复位信号送至所述CMOS复位模块(24)；产生读写SPI寄存器信号并将所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号送至所述SPI寄存器读写模块(27)；将所述分辨率标识信号送至所述图像缓存与传输模块(28)；
所述串行通讯模块(26)通过所述串行通讯接口芯片(30)与所述相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将所述摄像状态信号设置为摄像结束；当收到所述分辨率选择指令和所述行周期原始码值时转发给所述分辨率控制模块(25)；所述串行通讯模块(26)产生的摄像状态信号送至所述图像缓存与传输模块(28)；
所述SPI寄存器读写模块(27)从所述分辨率控制模块(25)接收所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号，根据所述分辨率标识信号将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元或大像元对应的设置值；
所述图像缓存与传输模块(28)从所述分辨率控制模块(25)接收所述分辨率标识信号，根据所述分辨率标识信号修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值或低分辨率模式对应的设置值；从所述串行通讯模块(26)接收所述摄像状态信号，当所述摄像状态信号为正在摄像时，通过所述图像缓存与传输模块(28)和所述数传接口芯片(40)向所述数传分系统传输所述图像数据，否则结束；
所述串行通讯接口芯片(30)用于将从所述相机控制器发送过来的差分信号转换为TTL电平信号后送至所述成像控制FPGA(20)中的所述串行通讯模块(26)，将所述成像控制FPGA(20)中的所述串行通讯模块(26)产生的TTL电平信号转换为差分信号后送至所述相机控制器；
所述数传接口芯片(40)用于将所述成像控制FPGA(20)中的所述图像缓存与传输模块(28)产生的TTL电平的图像数据转换为差分信号后送至所述数传分系统。
2.一种基于权利要求1所述的遥感相机分辨率自动调整系统的方法，其特征在于，该方法由以下步骤实现：
步骤一、相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角或相机当前位置或遥控指令产生分辨率选择指令，经由串行通讯接口芯片(30)发送给成像控制FPGA(20)；之后执行步骤二；
步骤二、所述成像控制FPGA(20)通过串行通讯模块(26)接收所述分辨率选择指令和行周期原始码值，并转发给分辨率控制模块(25)；之后执行步骤三；
步骤三、所述分辨率控制模块(25)对所述分辨率选择指令确定的模式进行判断，当为高分辨率模式时，执行步骤四，当为低分辨率模式时执行步骤十；
步骤四、所述分辨率控制模块(25)按所述高分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至CMOS驱动时序产生模块(21)，进行像移匹配；之后执行步骤五；
步骤五、所述分辨率控制模块(25)将驱动时序读出长度设置为高分辨率模式对应的长度，送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；之后执行步骤六；
步骤六、所述分辨率控制模块(25)发送开始复位信号使CMOS复位模块(24)产生CMOS复位信号，送至CMOS图像传感器；之后执行步骤七；
步骤七、所述CMOS驱动时序产生模块(21)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的时序产生信号和分辨率标识信号后，从小像元驱动时序ROM(22)读出所述驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器(10)；之后执行步骤八；
步骤八、SPI寄存器读写模块(27)在收到分辨率控制模块(25)发送的读写SPI寄存器信号和分辨率标识信号后，将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为小像元对应的设置值；之后执行步骤九；
步骤九、图像缓存与传输模块(28)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的所述分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为高分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六；
步骤十、所述分辨率控制模块(25)按低分辨率模式对应的行周期值产生行周期信号，送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)，进行像移匹配；之后执行步骤十一；
步骤十一、所述分辨率控制模块(25)将所述驱动时序读出长度设置为低分辨率模式对应的长度，送至所述CMOS驱动时序产生模块(21)；之后执行步骤十二；
步骤十二、所述分辨率控制模块(25)发送开始复位信号使所述CMOS复位模块(24)产生所述CMOS复位信号，送至所述CMOS图像传感器(10)；之后执行步骤十三；
步骤十三、所述CMOS驱动时序产生模块(21)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的所述时序产生信号和所述分辨率标识信号后，从大像元驱动时序ROM(23)读出驱动时序读出长度对应的数据，产生驱动时序，送至所述CMOS图像传感器(25)；之后执行步骤十四；
步骤十四、所述SPI寄存器读写模块(27)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的所述读写SPI寄存器信号和所述分辨率标识信号后，将所述CMOS图像传感器SPI寄存器值修改为大像元对应的设置值；之后执行步骤十五；
步骤十五、所述图像缓存与传输模块(28)在收到所述分辨率控制模块(25)发送的所述分辨率标识信号后，修改图像缓存地址和图像读出地址为低分辨率模式对应的设置值；之后执行步骤十六；
步骤十六、串行通讯模块(26)接收摄像开始/摄像结束指令，所述串行通讯模块(26)通过串行通讯接口芯片(30)与相机控制器进行串行通讯，当收到摄像开始指令时将摄像状态信号设置为正在摄像，当收到摄像结束指令时将所述摄像状态信号设置为摄像结束，之后将所述摄像状态信号送至图像缓存与传输模块(28)，之后执行步骤十七；
步骤十七、所述图像缓存与传输模块(28)对所述摄像状态信号进行判断，当所述摄像状态信号为正在摄像时，执行步骤十八，否则结束；
步骤十八、所述图像缓存与传输模块(28)经由数传接口芯片(40)向数传分系统传输图像数据，之后返回步骤十六。
3.根据权利要求2所述的遥感相机分辨率自动调整系统的方法，其特征在于，步骤一中相机控制器根据拍摄目标处的太阳高度角来产生分辨率选择指令，当所述太阳高度角小于设定的阈值时采用低分辨率模式，否则采用高分辨率模式。
4.根据权利要求2所述的遥感相机分辨率自动调整系统的方法，其特征在于，步骤一中相机控制器根据相机当前位置产生分辨率选择指令，以实现对重点目标区域的高分辨率成像或高灵敏度成像。
5.根据权利要求2所述的遥感相机分辨率自动调整系统的方法，其特征在于，步骤四中高分辨率模式对应的行周期值TH和步骤十中低分辨率模式对应的行周期值TL的关系满足下式：
Figure FDA0002696383320000051
其中aB为所述CMOS图像传感器(10)采用大像元方式工作时的像元尺寸，aS为所述CMOS图像传感器(10)采用小像元方式工作时的像元尺寸。
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