CN201322803Y

CN201322803Y - 一种宽幅盖、多光谱ccd遥感相机图像数据采集与处理系统

Info

Publication number: CN201322803Y
Application number: CNU2008201246583U
Authority: CN
Inventors: 成桂梅; 吴雁林; 王宇; 张孝弘; 刘南渤
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2018-12-17

Abstract

一种宽幅盖、多光谱CCD遥感相机图像采集与数据处理系统，包括多光谱CCD相机、帧同步器、图像采集卡、计算机、存储设备和图像显示设备，多光谱CCD相机的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接帧同步器的LVDS输入接口，帧同步器的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接图像采集卡的插针接口，图像采集卡通过PCI总线连接到计算机，计算机将图像数据送至图像显示设备进行实时宽幅图像显示，或对所述图像数据进行信噪比计算、对比度调制传递函数计算、谱段合成后送至存储设备存储并送至图像显示设备显示。

Description

一种宽幅盖、多光谱CCD遥感相机图像数据采集与处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集处理系统，特别是一种针对宽幅盖、多光谱的CCD遥感相机的图像采集与数据处理系统。

背景技术

随着空间探测技术的发展，CCD遥感相机逐步向着宽覆盖、多光谱方向发展，如幅宽120km、5个谱段，幅宽500km、4个谱段，幅宽360(2台＞700km)、4个谱段等，因此对于用于相机研制的地面测试设备——图像采集与数据处理系统的要求也越来越高。例如对于幅宽为700km的CCD遥感相机，其像元数为12000个，针对其4个谱段的数据同时显示时要求系统显示宽度为12000＊4个像素；同时为了能够实时快速的检测相机的性能，要求数据处理系统还具有外景成像校飞、谱段合成、CTF值计算、信噪比计算等功能。目前，现有地面图像采集系统仅依赖于采集卡的自带软件，通常只有图像采集、图像存储功能，对图像仅进行简单的预处理，能够处理的图像幅宽小，不能满足宽幅度(如像素为12000＊4)的显示需求。另外，若想对相机的其他性能进行测试，就必须配置专门的设备或专门软件来进行数据处理分析，而且不能在图像采集过程中给予直接的分析结果，费时费力，效率较低，存在一定局限性。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可对宽幅盖、多光谱CCD相机的图像进行采集和数据处理的系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种宽幅盖、多光谱CCD遥感相机图像采集与数据处理系统，包括多光谱CCD相机、帧同步器、图像采集卡、计算机、存储设备和图像显示设备，多光谱CCD相机的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接帧同步器的LVDS输入接口，帧同步器的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接图像采集卡的插针接口，图像采集卡通过PCI总线连接到计算机，计算机将图像数据送至图像显示设备进行实时宽幅图像显示，或对所述图像数据进行信噪比计算、对比度调制传递函数计算、谱段合成后送至存储设备存储并送至图像显示设备显示。所述的图像采集卡为PCD_DIG。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：硬件上，图像数据经帧同步器转换后，一方面像元采集时钟频率得到了降低，另一方面串行数据转换为并行数据后，使得有效带宽增大。因此本实用新型对前端高速率相机测试能提供了性能更加稳定的地面测试系统。软件上，采集卡自带软件IFC具有稳定且很强大的采集功能，应用软件封装其和采集卡接口，可完成采集功能；通过扩展IFC库文件增大显示窗口宽度，如可满足幅宽为12000＊4的图像显示；应用软件采用Video Savnt和Sapera相结合的开发方案，一方面Video Savnt有丰富的API函数库，利于数据处理。同时Video Savant采用自己的文件管理系统，可以提高存储时硬盘的读写速度；另一方面Sapera有丰富的函数库；因此采用这种把二者统一到一个平台下进行开发的方案可在较短时间内实现稳定且具有多种功能的地面图像采集和数据处理软件，如谱段合成，CTF计算、信噪比计算，并实时记录满足外景成像校飞。

附图说明

图1为本实用新型图像采集与数据处理系统的组成原理框图；

图2为本实用新型图像采集与数据处理系统中帧同步器的组成原理框图；

图3为本实用新型图像采集与数据处理系统中计算机的软件框架图；

图4为本实用新型图像采集与数据处理系统中计算机的软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型图像采集与数据处理系统的组成原理框图，包括多光谱CCD相机、帧同步器、图像采集卡、计算机、存储设备和图像显示设备，多光谱CCD相机的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接帧同步器的LVDS输入接口，帧同步器的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接图像采集卡的插针接口，图像采集卡通过PCI总线连接到计算机，计算机将图像数据送至图像显示设备进行实时宽幅图像显示，或对所述图像数据进行信噪比计算、对比度调制传递函数计算、谱段合成后送至存储设备存储并送至图像显示设备显示。其工作过程为：多光谱CCD遥感相机输出的10路LVDS信号(包括8路数据、1路主时钟和1路行同步)首先进入帧同步器，帧同步器中的差分器件将LVDS信号转换为TTL信号后由数据格式转换电路对数据进行处理，将8路串行数据转换为4组8位并行数据，即32路数据，并提供PC_DIG采集卡的1路像元采集时钟和1路像元采集行同步信号，然后再由差分器件把TTL信号转换为LVDS信号，并通过接口经34路屏蔽双绞线输出到PC_DIG采集卡的100pin connector，进入采集卡数据缓存，采集卡再通过PCI总线数据进入计算机，由计算机将处理后的数据送至存储设备存储或通过图像显示设备输出显示。

本实用新型中的CCD相机中通过CCD拼接技术实现宽幅盖功能，并针对多个谱段分别采用多片CCD对其进行响应，在相机输出端口输出8路(2路为一个谱段的奇、偶2路数据信号)4个谱段串行数据、1路行同步信号、1路时钟信号。

如图2所示，为本实用新型帧同步器的组成原理框图，包括LVDS信号转换为TTL信号电路、复位电路、数据格式转换电路、控制信号产生电路、TTL信号转换为LVDS信号电路，其中LVDS信号转换为TTL信号电路和TTL信号转换为LVDS信号电路主要由差分器件组成，数据格式转换电路主要由锁存器和移位寄存器组成，控制信号产生电路由计数器和逻辑门电路组成，复位电路由触发器和计数器组成。其工作原理为：上电复位后，接收CCD相机输出的10路LVDS信号，由LVDS信号转换为TTL信号电路中差分器件将相机输入LVDS信号转换为TTL信号，数据格式转换电路将8路4个谱段串行数据(分别为奇偶2路进行合成1路)合成后为4组8位并行数据共32路，数据格式转换的控制信号由控制信号产生电路生成，同时控制信号产生电路还生成采集卡要求的1路像元采集时钟信号和1路像元采集行同步信号，最后将生成的34路信号由TTL信号转换为LVDS信号电路中差分器件转换为LVDS信号通过输出接口输出。

如图3所示，为本实用新型图像采集与数据处理系统的应用软件VideoRecorder的软件框架图。由VideoRecorder封装采集卡自带软件IFC和采集卡接口，在运行前，必须由IFC的相机配置文件配置采集卡的参数，然后由VideoSavant进行设置工作方式为针对一块具体的采集卡，VideoRecorder封装IFC和采集卡接口。启动VideoRecorder后调用采集控制程序IFC，由Video Savant引擎将图像采集到内存数据流或存储到硬盘数据流，数据经过转换变为VideoSavant和Sapera可进行处理的图像数据格式，一方面通过Video Savant处理内核完成图像回放、图像显示功能，调用函数库进行数据处理完成数据显示、信噪比SNR计算、对比度调制传递函数(CTF)计算；另一方面通过Sapera将三个谱段的数据按照图像格式写入一个区域并显示实现谱段合成功能。

在应用软件VideoRecorder具体开发过程中，通过扩展IFC软件库ifc21.dll和ifcdsp21.dll，可实现图像像宽为12000＊4个像元的显示；信噪比计算功能通过调用函数库，采用常用方法，

\overset{&OverBar;}{D} = \frac{Σ_{i = 1}^{N} D_{i}}{N},

D_{N} = \sqrt{\frac{Σ_{i = 1}^{N} {(D_{i} - \overset{&OverBar;}{D})}^{2}}{N - 1}},

SNR = \frac{\overset{&OverBar;}{V}}{V_{N}}

来实现；CTF计算功能通过调用函数库，采用常用公式

CTF (u_{o}) = \frac{D_{\max} - D_{\min}}{D_{\max} + D_{\min}}

来完成。在进行谱段合成时，选择四个谱段中任意三个谱段的三个谱段，通过Sapera将三个谱段的数据按照图像格式写入一个区域并显示。

如图4所示，本系统应用软件VideoRecorder的软件流程图。其处理流程为：

A、程序启动调用相机配置文件；

B、完成内存的分配，创建采集图像的句柄；

C、生成图像显示框和主界面对话框；

D、采集记录图像，如不采集转入E；

E、回放图像，如不回放转入F；

F、数据处理，如不做处理结束；

G、选择即将处理的谱段和区域；

H、进行谱段合成，如不做合成转入I；

I、进行信噪比SNR计算，如不做SNR计算转入J；

J、进行CTF计算，如不做CTF计算转入K；

K、数据显示，如不做此操作转入I；

I、结束。

需要说明的是，本实用新型图像采集与数据处理系统还可供多台相机同时测试，以两台为例，计算机主机内装有2块采集卡，系统配置2个帧同步器，2台CCD遥感相机LVDS输出接口通过屏蔽双绞线分别连接2个帧同步器LVDS输入接口，2个帧同步器LVDS输出接口通过屏蔽双绞线分别连接计算机主机1中2块PC_DIG采集卡的100pin connector接口，2块PC_DIG采集卡由PCI-BUS接口通过PCI总线连接到计算机主机，计算机输出连接图像显示设备和存储设备。其工作过程为：首先启动IFC软件，分别选择2块采集卡设置相机参数配置文件，保存并退出IFC软件；其次启动Video Savant进行设置工作方式为针对2块采集卡，保存参数并退出；然后启动应用软件VideoRecorder进行采集及相应数据处理。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1、一种宽幅盖、多光谱CCD遥感相机图像采集与数据处理系统，其特征在于包括：多光谱CCD相机、帧同步器、图像采集卡、计算机、存储设备和图像显示设备，多光谱CCD相机的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接帧同步器的LVDS输入接口，帧同步器的LVDS输出接口通过屏蔽双绞线连接图像采集卡的插针接口，图像采集卡通过PCI总线连接到计算机，计算机将图像数据送至图像显示设备进行实时宽幅图像显示，或对所述图像数据进行信噪比计算、对比度调制传递函数计算、谱段合成后送至存储设备存储并送至图像显示设备显示。

2、根据权利要求1所述的一种宽幅盖、多光谱CCD遥感相机图像采集与数据处理系统，其特征在于：所述的图像采集卡为PCD_DIG。