專利名稱：一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像采集領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，應(yīng)用于便攜式記載偏振圖像的采集與處理。
背景技術(shù)：
在便攜式對地執(zhí)行目標探測，地形測繪等任務(wù)的過程中，偏振圖像的獲取和處理是對提高無人機探測效率及可靠性的一個重要方面。地面的目標和背景的光的偏振特征是有差異的，現(xiàn)在有研究表明，偏振信息不僅在解析大氣背景參量上有特點，而且在辨別地面目標方面也有獨到之處。采用偏振圖像傳感器對地探測的時候，可以獲得多維的信息，偏振信息的方向性有助于目標表面狀態(tài)，結(jié)構(gòu)特征和材料類型的反演?？梢愿行У耐瓿商綔y任務(wù)。 便攜式偏振傳感器至少要同時采集三路的偏振圖像，并對三路圖像進行分析處理。數(shù)據(jù)量和運算量都很大，同時載體載荷有一定的限制，對于系統(tǒng)的重量和體積也都有要求。目前市場上的視頻采集處理板對于偏振圖像的采集處理有很多不足之處。首先，市場上的采集處理板大多都是單通道(或雙通道)系統(tǒng)，只能采集一路或(兩路)圖像，不能同時實現(xiàn)三個偏振度圖像的同時采集與處理。再者，市場上的采集處理大多用在安防方面，執(zhí)行的算法也相對比較簡單，無法完成三通道偏振圖像的同時處理。第三，對于小型平臺來說，市場上的采集處理板在設(shè)計重量，體積等方面有明顯的不足。在小型載臺下，需要一種三通道的，具有高運算能力和大容量存儲功能的圖像采集處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，滿足小型平臺下的偏振圖像采集處理的需求，實現(xiàn)在平臺高速運動下三路偏振圖像的采集與處理。技術(shù)方案一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，其特征在于包括三個偏振相機、三個解碼器、NADAFLASH存儲器、RS-232串行接口、FPGA處理器、DSP處理器和編碼器、顯示器；三個偏振相機采集的模擬視頻數(shù)據(jù)通過與其聯(lián)接的解碼器的解碼，輸出三路數(shù)字視頻數(shù)據(jù)至FPGA處理器進行預處理；DSP接受FPGA預處理后的數(shù)據(jù)進行三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算，然后通過VP 口輸出數(shù)據(jù)到編碼器，而后由顯示器顯示，同時通過與FPGA的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)存儲到NADAFLASH存儲器中；所述三個偏振相機的偏振角度分別為0°、60°、120°。所述三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算為偏振參數(shù)的解算為S0=2(I(0° )+1(60。)+1(120° ))/38^2(21(0° )-1(60° )-1(120° ))/3
S2=2(I(60° )-1(120° ))/3DoLP= ((S2)2+(S2)2) °-5/S0Orient=I/2*tan_1 (S2ZS1)1(0° )，I(60° ),1(120° )為三個角度的偏振分量圖像；Sc^S1, S2為三個偏振分量圖像的Stokes參數(shù)；DoLP和Orient為偏振參數(shù)。有益效果本發(fā)明提出的一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，三個偏振度的機載偏振相機對同一地面場景成像并輸出模擬視頻圖像；模擬數(shù)據(jù)通過解碼器芯片(Decoder)采樣并轉(zhuǎn)換為三路BT. 656格式的數(shù)字視頻信號；數(shù)字圖像信號送到FPGA處理器芯片中，在FPGA處理器芯片中針對航拍圖像的特點設(shè)計相應(yīng)的圖像去噪，增強，穩(wěn)像等圖像的預處理；預處理后 的偏振圖像送到核心處理器DSP處理器芯片中，通過DSP處理器芯片編程實現(xiàn)三偏振度圖像的偏振參數(shù)解算；三幅偏振圖像經(jīng)由編碼器芯片(Encoder)編碼，在顯示器(Monitor)中顯示；偏振圖像和偏振參數(shù)通過FPGA控制在NADAFLASH存儲器芯片中存儲，離線后可通過USB接口與PC機連接拷貝偏振參數(shù)和偏振圖像信息。以FPGA+DSP為核心處理器的三通道偏振圖像采集處理板。在處理板的三個視頻信號輸入接口輸入三路PAL制式(或NTFS制式的)的偏振圖像處理板就能實現(xiàn)從三通道偏振圖像的采集，圖像處理(偏振參數(shù)解算)，視頻圖像顯示，視頻存儲的一系列功能。并且有獨立的電源供電，尺寸不超過18cm*18cm，重量不超過350g(不含電源)，適合小型平臺搭載。本發(fā)明采用FPGA處理器和DSP處理器構(gòu)成的系統(tǒng)板對同時間，同場景，不同偏振度的三路偏振圖像采集處理，得到同一環(huán)境下的多偏振度圖像，便于后期基于偏振圖像的去霧，目標監(jiān)測，跟蹤等任務(wù)。


圖I是本發(fā)明的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)流程圖；圖3是本發(fā)明FPGA處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的流程圖；圖5是實施例FPGA外圍連接圖；圖6是實施例DSP處理器外圍連接圖。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述本實施例參見圖1，本發(fā)明由采集模塊，預處理與控制模塊，圖像處理模塊，顯示模塊，存儲及上位機交互模塊和電源模塊共6個模塊組成?；贔PGA處理器和DSP處理器的便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)包括采集模塊，預處理與控制模塊，圖像處理模塊，顯示模塊，存儲及上位機交互模塊和電源模塊。采集模塊用于采集三路偏振圖像；預處理與控制模塊用于偏振圖像的預處理和系統(tǒng)的邏輯控制；圖像處理模塊用于偏振圖像的處理和相關(guān)解算；顯示模塊用于顯示偏振圖像，以作系統(tǒng)的調(diào)試顯示；存儲及上位機交互模塊用于存儲偏振圖像和偏振參數(shù)并與上位機交互并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到上位機；電源模塊用于給處理系統(tǒng)提供電源。采集模塊包括偏振圖像傳感器，模擬視頻解碼芯器和視頻輸入接口。三路不同偏振度(偏振角度分別為0°、60°、120° )的偏振相機由FPGA處理器通過RS-232串口進行外部觸發(fā)控制，實現(xiàn)三路偏振相機的同步輸出，三路偏振相機在外觸發(fā)的情況下對同一時亥IJ，同一場景，不同偏振度的圖像進行采集；偏振圖像傳感器通過視頻輸入接口與模擬視頻解碼器相連；模擬視頻解碼器由DSP處理器通過I2C總線來進行初始設(shè)置控制寄存器，使得視頻解碼器按照設(shè)置將采集到的模擬圖像轉(zhuǎn)換為YUV的數(shù)字圖像信號，而后數(shù)字圖像信號送到FPGA處理器。FPGA處理芯片和片外接口實現(xiàn)預處理與控制模塊功能。FPGA處理器的結(jié)構(gòu)可以編程進行設(shè)置，通過對FPGA處理器進行編程，可以實現(xiàn)三路偏振圖像的同步并行預處理，提高預處理的速度；通過編程可實現(xiàn)對FPGA接口的控制，以及FPGA處理器與DSP處理器的數(shù)據(jù)交互。DSP接受FPGA預處理后的數(shù)據(jù)，計算偏振參數(shù)。DSP處理后的圖像有兩個流向在調(diào)試階段，通過編碼器將數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)，用顯示器觀察處理結(jié)果，運行階段，處理后數(shù)據(jù)通過FPGA處理器控制存儲到NADAFLASH存儲器中去，離線后再轉(zhuǎn)存到上位機。 顯示模塊包括視頻編碼器，視頻輸出接口和顯示器。視頻編碼器I由DSP通過I2C總線來進行初始設(shè)置控制寄存器，對運算后的視頻進行編碼，通過VGA接口或復合視頻輸出接口在顯示器上進行視頻顯示。存儲及上位機交互模塊包括大容量NADAFLASH存儲器和USB芯片及接口。其中NADAFLASH存儲器由FPGA控制實現(xiàn)其讀寫擦的功能，實現(xiàn)對偏振圖像和偏振參數(shù)的存儲；離線后可以通過USB接口可將在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到上位機。圖像處理模塊為本發(fā)明的核心處理單元，主要為DSP處理器，外擴存儲器SDRAM和視頻輸出接口，DSP處理器有相應(yīng)的視頻輸入輸出口 Video-port (簡稱VP 口)，通過對VP口的編程配置可實現(xiàn)偏振圖像的輸入輸出。DSP處理器內(nèi)部進行編程實現(xiàn)三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算，解算后的數(shù)據(jù)結(jié)果根據(jù)編程選擇輸出(一)將三路圖像進行下采樣設(shè)置合并到一路，通過VP 口輸出數(shù)據(jù)到視頻編碼器，而后由顯示器顯示，(二)通過與FPGA的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)存儲到NADAFLASH存儲器中。其中，偏振參數(shù)的解算方法為S0=2(I(0° )+1 (60。)+1(120° ))/38^2(21(0° )-1(60° )-1(120° ))/3S2=2(I(60° )-1 (120。))/3DoLP= ((S2)2+(S2)2) °-5/S0Orient=I/2*tan_1 (S2ZS1)1(0° )，I(60° ),1(120° )為三個角度的偏振分量圖像；Sc^S1, S2為三個偏振分量圖像的Stokes參數(shù)；DoLP和Orient為偏振參數(shù)。通過上述的五個處理模塊，本發(fā)明便攜式偏振圖像采集處理板實現(xiàn)在線偏振圖像數(shù)據(jù)的采集，處理和顯示存儲，并可在離線以后將存儲器中的圖像和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到上位機進行數(shù)據(jù)的離線處理。本實施例中(XD相機是維視MV-1300，偏振片和C⑶成0°、60。和120。，主控計算機是聯(lián)想七天M7300，F(xiàn)PGA型號V5LXT50，DSP是TMS320DM642，解碼器TVP5150芯片，DDRSDRAM 為 HYB25D256160BT，256Mbit,即 64MB，SDRAM 是 HY57V283220 (兩片擴展 64bit 數(shù)據(jù)總線)，總?cè)萘繛?Banks*lM*32bit=16MB，兩片擴展則為32MB容量，編碼器SAA7105H，USB接口芯片F(xiàn)T232BM。FPGA和DSP的連接如圖5和圖6 :本發(fā)明的工作流程參見圖4，系統(tǒng)上電后，F(xiàn)LASH上電自舉，對兩個主要處理器FPGA和DSP硬件初始化，設(shè)置芯片的工作方式，設(shè)置偏振圖像傳感器的觸發(fā)方式。FPGA上電初始化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)就固定下來，F(xiàn)PGA按照預先編制程序的邏輯結(jié)構(gòu)運行，偏振圖像傳感器設(shè)置為外觸發(fā)，由FPGA給偏振傳感器提供觸發(fā)脈沖。DSP初始化后進行中斷的初始化，EMIF擴展接口的初始化，I2C總線控制器的初始化，EDMA通道的設(shè)置。中斷初始化主要設(shè)置視頻輸入輸出中斷的優(yōu)先級，配置中斷向量表，使能中斷等等；EMIF擴展接口的初始化主要配置EMIF接口的地址劃分和接口的時鐘，設(shè)置
DSP和FPGA之間的鏈接路徑；I2C總線控制器的初始化主要設(shè)置I2C總線的模式和讀寫方式等。解碼器和編碼器的設(shè)置是DSP通過總線寫設(shè)置的，I2C總線通過尋址找到解碼器和編碼器的相應(yīng)控制寄存器進行配置。解碼器配置好后就可以對三路偏振視頻進行輸入，視頻信號首先進入FPGA做預處理，F(xiàn)PGA初始化后，系統(tǒng)的工作流程即為固定的，處理后數(shù)據(jù)再進入DSP進行處理。DSP得到同時刻的三幀圖像后，由EDMA將圖像數(shù)據(jù)存儲到緩存中，而后由DSP數(shù)字信號處理單元對圖像進行處理，得到偏振參數(shù)。一組幀處理完成后，在由中斷進行下一組幀的采集處理，
一直循環(huán)。采集處理板對輸出設(shè)計了選擇，(一)在系統(tǒng)的程序調(diào)試，結(jié)果顯示階段，將三路圖像進行下采樣設(shè)置合并到一路，通過VP 口輸出數(shù)據(jù)到視頻編碼器，而后由顯示器顯示，這樣可以實時的看到輸出的結(jié)果，便于對算法結(jié)果的判斷；(二)在機上運行階段，通過與FPGA的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)存儲到NADA FLASH存儲器中，離線后通過USB接口與上位機連接，得到結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，其特征在于包括三個偏振相機、三個解碼器、NADA FLASH存儲器、RS-232串行接口、FPGA處理器、DSP處理器和編碼器、顯示器；三個偏振相機采集的模擬視頻數(shù)據(jù)通過與其聯(lián)接的解碼器的解碼，輸出三路數(shù)字視頻數(shù)據(jù)至FPGA處理器進行預處理；DSP接受FPGA預處理后的數(shù)據(jù)進行三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算，然后通過VP 口輸出數(shù)據(jù)到編碼器，而后由顯示器顯示，同時通過與FPGA的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)存儲到NADA FLASH存儲器中；所述三個偏振相機的偏振角度分別為O。、60°、120°。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，其特征在于所述三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算為偏振參數(shù)的解算為S0=2(I(0° )+1(60° )+1(120° ))/38^2(21(0° )-1(60° )-1(120° ))/3S2=2(I(60° )-1(120° ))/3DoLP= ((S2)2+(S2)2)0-5/S0Orient=I/2*tan_1 (S2ZS1) 1(0° ),1(60° ),1(120° )為三個角度的偏振分量圖像；Sc^S1, S2為三個偏振分量圖像的Stokes參數(shù)；DoLP和Orient為偏振參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式偏振圖像采集處理系統(tǒng)，其特征在于包括三個偏振相機、三個解碼器、NADA FLASH存儲器、RS-232串行接口、FPGA處理器、DSP處理器和編碼器、顯示器；三個偏振相機采集的模擬視頻數(shù)據(jù)通過與其聯(lián)接的解碼器的解碼，輸出三路數(shù)字視頻數(shù)據(jù)至FPGA處理器進行預處理；DSP接受FPGA預處理后的數(shù)據(jù)進行三通道偏振圖像的相應(yīng)值的解算，然后通過VP口輸出數(shù)據(jù)到編碼器，而后由顯示器顯示，同時通過與FPGA的數(shù)據(jù)交互并將數(shù)據(jù)存儲到NADA FLASH存儲器中。本發(fā)明采用FPGA處理器和DSP處理器構(gòu)成的系統(tǒng)板對同時間，同場景，不同偏振度的三路偏振圖像采集處理，得到同一環(huán)境下的多偏振度圖像，便于后期基于偏振圖像的去霧，目標監(jiān)測，跟蹤等任務(wù)。
文檔編號G03B35/08GK102801998SQ20121025553
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者趙永強, 張清勇, 楊勁翔 申請人:西北工業(yè)大學