基于FPGA的小型星載非制冷紅外成像系統(tǒng)

　　2.4 圖像輸出模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　經(jīng)過預(yù)處理后的圖像通過兩種方式輸出：(1)通過LVDS接口信號(hào)方式輸出，供后續(xù)處理；(2)實(shí)時(shí)顯示在電視屏幕上。

　　LVDS信號(hào)采用低壓差分信號(hào)傳輸方式，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速低噪聲傳輸[8]。電路設(shè)計(jì)較為簡單，只要在數(shù)據(jù)的收發(fā)兩端設(shè)計(jì)LVDS信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片即可，本系統(tǒng)發(fā)送端采用了信號(hào)發(fā)送轉(zhuǎn)換芯片DS90CR215，接收端采用了與之相對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收轉(zhuǎn)換芯片DS90CR216。

　　將紅外探測器采集到的圖像實(shí)時(shí)顯示在電視屏幕上，需要將預(yù)處理后的數(shù)字圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為PAL制式的模擬電視信號(hào)。系統(tǒng)采用AD公司的DAV7123視頻轉(zhuǎn)換芯片，視頻碼流在芯片內(nèi)部進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行視頻編碼，然后生成復(fù)合同步信號(hào)、消隱信號(hào)和模擬視頻信號(hào)，這三路信號(hào)共用一路信號(hào)輸出[9]。由于PAL625行制的電視信號(hào)采用13.5 MHz的抽樣標(biāo)準(zhǔn)，而探測器輸出5 MHz，因此在輸出端采用了雙口RAM對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了緩存，再根據(jù)現(xiàn)有PAL制式電視標(biāo)準(zhǔn)[10]對(duì)雙口RAM中的像素灰度值進(jìn)行讀取。

　　3 系統(tǒng)測試結(jié)果與分析

　　通過上述硬件電路的設(shè)計(jì)和圖像預(yù)處理算法的實(shí)現(xiàn)，得到不同預(yù)處理階段的圖像和PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的邊緣提取結(jié)果如圖4所示。

　　通過圖4圖像可以得出，兩點(diǎn)校正后的圖像成像效果較好，伴有隨機(jī)散粒噪聲干擾，經(jīng)過中值濾波后，基本上消除了噪聲的影響。預(yù)處理后的圖像邊緣輪廓清晰，通過邊緣提取結(jié)果分析得知，圖像質(zhì)量基本上能保證內(nèi)外衛(wèi)星相對(duì)位置解算的精度。

　　本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最終目的是要通過外衛(wèi)星腔體內(nèi)表面的三臺(tái)紅外相機(jī)對(duì)內(nèi)衛(wèi)星進(jìn)行照相，最后通過雙目或三目交匯解算出內(nèi)外衛(wèi)星的相對(duì)位置。本文的內(nèi)容屬于前期紅外相機(jī)原理樣機(jī)的研制，包括紅外CCD探測器的選取，硬件電路的設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，但其功能只限于紅外圖像信號(hào)的獲取和圖像預(yù)處理，FPGA實(shí)現(xiàn)的算法沒有涉及到后續(xù)的圖像處理，包括圖像的邊緣提取、中心擬合以及三目交匯的解算。通過對(duì)預(yù)處理后的圖像邊緣提取結(jié)果分析可知，該原理樣機(jī)的圖像輸出質(zhì)量良好，基本達(dá)到系統(tǒng)要求，攻克了內(nèi)編隊(duì)重力場衛(wèi)星有效載荷測量的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)試驗(yàn)樣機(jī)和工程樣機(jī)的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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