专利名称：一种便携式偏振图像采集处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像采集领域，具体涉及一种便携式偏振图像采集处理系统，应用于便携式记载偏振图像的采集与处理。
背景技术：
在便携式对地执行目标探测，地形测绘等任务的过程中，偏振图像的获取和处理是对提高无人机探测效率及可靠性的一个重要方面。地面的目标和背景的光的偏振特征是有差异的，现在有研究表明，偏振信息不仅在解析大气背景参量上有特点，而且在辨别地面目标方面也有独到之处。采用偏振图像传感器对地探测的时候，可以获得多维的信息，偏振信息的方向性有助于目标表面状态，结构特征和材料类型的反演。可以更有效的完成探测任务。 便携式偏振传感器至少要同时采集三路的偏振图像，并对三路图像进行分析处理。数据量和运算量都很大，同时载体载荷有一定的限制，对于系统的重量和体积也都有要求。目前市场上的视频采集处理板对于偏振图像的采集处理有很多不足之处。首先，市场上的采集处理板大多都是单通道(或双通道)系统，只能采集一路或(两路)图像，不能同时实现三个偏振度图像的同时采集与处理。再者，市场上的采集处理大多用在安防方面，执行的算法也相对比较简单，无法完成三通道偏振图像的同时处理。第三，对于小型平台来说，市场上的采集处理板在设计重量，体积等方面有明显的不足。在小型载台下，需要一种三通道的，具有高运算能力和大容量存储功能的图像采集处理系统。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种便携式偏振图像采集处理系统，满足小型平台下的偏振图像采集处理的需求，实现在平台高速运动下三路偏振图像的采集与处理。技术方案一种便携式偏振图像采集处理系统，其特征在于包括三个偏振相机、三个解码器、NADAFLASH存储器、RS-232串行接口、FPGA处理器、DSP处理器和编码器、显示器；三个偏振相机采集的模拟视频数据通过与其联接的解码器的解码，输出三路数字视频数据至FPGA处理器进行预处理；DSP接受FPGA预处理后的数据进行三通道偏振图像的相应值的解算，然后通过VP 口输出数据到编码器，而后由显示器显示，同时通过与FPGA的数据交互并将数据存储到NADAFLASH存储器中；所述三个偏振相机的偏振角度分别为0°、60°、120°。所述三通道偏振图像的相应值的解算为偏振参数的解算为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° )为三个角度的偏振分量图像；Sc^S1, S2为三个偏振分量图像的Stokes参数；DoLP和Orient为偏振参数。有益效果本发明提出的一种便携式偏振图像采集处理系统，三个偏振度的机载偏振相机对同一地面场景成像并输出模拟视频图像；模拟数据通过解码器芯片(Decoder)采样并转换为三路BT. 656格式的数字视频信号；数字图像信号送到FPGA处理器芯片中，在FPGA处理器芯片中针对航拍图像的特点设计相应的图像去噪，增强，稳像等图像的预处理；预处理后 的偏振图像送到核心处理器DSP处理器芯片中，通过DSP处理器芯片编程实现三偏振度图像的偏振参数解算；三幅偏振图像经由编码器芯片(Encoder)编码，在显示器(Monitor)中显示；偏振图像和偏振参数通过FPGA控制在NADAFLASH存储器芯片中存储，离线后可通过USB接口与PC机连接拷贝偏振参数和偏振图像信息。以FPGA+DSP为核心处理器的三通道偏振图像采集处理板。在处理板的三个视频信号输入接口输入三路PAL制式(或NTFS制式的)的偏振图像处理板就能实现从三通道偏振图像的采集，图像处理(偏振参数解算)，视频图像显示，视频存储的一系列功能。并且有独立的电源供电，尺寸不超过18cm*18cm，重量不超过350g(不含电源)，适合小型平台搭载。本发明采用FPGA处理器和DSP处理器构成的系统板对同时间，同场景，不同偏振度的三路偏振图像采集处理，得到同一环境下的多偏振度图像，便于后期基于偏振图像的去雾，目标监测，跟踪等任务。
图I是本发明的硬件系统结构图；图2是本发明数据流程图；图3是本发明FPGA处理器内部结构图；图4是本发明的流程图；图5是实施例FPGA外围连接图；图6是实施例DSP处理器外围连接图。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本实施例参见图1，本发明由采集模块，预处理与控制模块，图像处理模块，显示模块，存储及上位机交互模块和电源模块共6个模块组成。基于FPGA处理器和DSP处理器的便携式偏振图像采集处理系统包括采集模块，预处理与控制模块，图像处理模块，显示模块，存储及上位机交互模块和电源模块。采集模块用于采集三路偏振图像；预处理与控制模块用于偏振图像的预处理和系统的逻辑控制；图像处理模块用于偏振图像的处理和相关解算；显示模块用于显示偏振图像，以作系统的调试显示；存储及上位机交互模块用于存储偏振图像和偏振参数并与上位机交互并将数据转存到上位机；电源模块用于给处理系统提供电源。采集模块包括偏振图像传感器，模拟视频解码芯器和视频输入接口。三路不同偏振度(偏振角度分别为0°、60°、120° )的偏振相机由FPGA处理器通过RS-232串口进行外部触发控制，实现三路偏振相机的同步输出，三路偏振相机在外触发的情况下对同一时亥IJ，同一场景，不同偏振度的图像进行采集；偏振图像传感器通过视频输入接口与模拟视频解码器相连；模拟视频解码器由DSP处理器通过I2C总线来进行初始设置控制寄存器，使得视频解码器按照设置将采集到的模拟图像转换为YUV的数字图像信号，而后数字图像信号送到FPGA处理器。FPGA处理芯片和片外接口实现预处理与控制模块功能。FPGA处理器的结构可以编程进行设置，通过对FPGA处理器进行编程，可以实现三路偏振图像的同步并行预处理，提高预处理的速度；通过编程可实现对FPGA接口的控制，以及FPGA处理器与DSP处理器的数据交互。DSP接受FPGA预处理后的数据，计算偏振参数。DSP处理后的图像有两个流向在调试阶段，通过编码器将数字数据转换为模拟数据，用显示器观察处理结果，运行阶段，处理后数据通过FPGA处理器控制存储到NADAFLASH存储器中去，离线后再转存到上位机。 显示模块包括视频编码器，视频输出接口和显示器。视频编码器I由DSP通过I2C总线来进行初始设置控制寄存器，对运算后的视频进行编码，通过VGA接口或复合视频输出接口在显示器上进行视频显示。存储及上位机交互模块包括大容量NADAFLASH存储器和USB芯片及接口。其中NADAFLASH存储器由FPGA控制实现其读写擦的功能，实现对偏振图像和偏振参数的存储；离线后可以通过USB接口可将在线数据转存到上位机。图像处理模块为本发明的核心处理单元，主要为DSP处理器，外扩存储器SDRAM和视频输出接口，DSP处理器有相应的视频输入输出口 Video-port (简称VP 口)，通过对VP口的编程配置可实现偏振图像的输入输出。DSP处理器内部进行编程实现三通道偏振图像的相应值的解算，解算后的数据结果根据编程选择输出(一)将三路图像进行下采样设置合并到一路，通过VP 口输出数据到视频编码器，而后由显示器显示，(二)通过与FPGA的数据交互并将数据存储到NADAFLASH存储器中。其中，偏振参数的解算方法为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° )为三个角度的偏振分量图像；Sc^S1, S2为三个偏振分量图像的Stokes参数；DoLP和Orient为偏振参数。通过上述的五个处理模块，本发明便携式偏振图像采集处理板实现在线偏振图像数据的采集，处理和显示存储，并可在离线以后将存储器中的图像和数据转存到上位机进行数据的离线处理。本实施例中(XD相机是维视MV-1300，偏振片和C⑶成0°、60。和120。，主控计算机是联想七天M7300，FPGA型号V5LXT50，DSP是TMS320DM642，解码器TVP5150芯片，DDRSDRAM 为 HYB25D256160BT，256Mbit,即 64MB，SDRAM 是 HY57V283220 (两片扩展 64bit 数据总线)，总容量为4Banks*lM*32bit=16MB，两片扩展则为32MB容量，编码器SAA7105H，USB接口芯片FT232BM。FPGA和DSP的连接如图5和图6 :本发明的工作流程参见图4，系统上电后，FLASH上电自举，对两个主要处理器FPGA和DSP硬件初始化，设置芯片的工作方式，设置偏振图像传感器的触发方式。FPGA上电初始化后内部结构就固定下来，FPGA按照预先编制程序的逻辑结构运行，偏振图像传感器设置为外触发，由FPGA给偏振传感器提供触发脉冲。DSP初始化后进行中断的初始化，EMIF扩展接口的初始化，I2C总线控制器的初始化，EDMA通道的设置。中断初始化主要设置视频输入输出中断的优先级，配置中断向量表，使能中断等等；EMIF扩展接口的初始化主要配置EMIF接口的地址划分和接口的时钟，设置
DSP和FPGA之间的链接路径；I2C总线控制器的初始化主要设置I2C总线的模式和读写方式等。解码器和编码器的设置是DSP通过总线写设置的，I2C总线通过寻址找到解码器和编码器的相应控制寄存器进行配置。解码器配置好后就可以对三路偏振视频进行输入，视频信号首先进入FPGA做预处理，FPGA初始化后，系统的工作流程即为固定的，处理后数据再进入DSP进行处理。DSP得到同时刻的三帧图像后，由EDMA将图像数据存储到缓存中，而后由DSP数字信号处理单元对图像进行处理，得到偏振参数。一组帧处理完成后，在由中断进行下一组帧的采集处理，
一直循环。采集处理板对输出设计了选择，(一)在系统的程序调试，结果显示阶段，将三路图像进行下采样设置合并到一路，通过VP 口输出数据到视频编码器，而后由显示器显示，这样可以实时的看到输出的结果，便于对算法结果的判断；(二)在机上运行阶段，通过与FPGA的数据交互并将数据存储到NADA FLASH存储器中，离线后通过USB接口与上位机连接，得到结果。
权利要求
1.一种便携式偏振图像采集处理系统，其特征在于包括三个偏振相机、三个解码器、NADA FLASH存储器、RS-232串行接口、FPGA处理器、DSP处理器和编码器、显示器；三个偏振相机采集的模拟视频数据通过与其联接的解码器的解码，输出三路数字视频数据至FPGA处理器进行预处理；DSP接受FPGA预处理后的数据进行三通道偏振图像的相应值的解算，然后通过VP 口输出数据到编码器，而后由显示器显示，同时通过与FPGA的数据交互并将数据存储到NADA FLASH存储器中；所述三个偏振相机的偏振角度分别为O。、60°、120°。
2.根据权利要求I所述便携式偏振图像采集处理系统，其特征在于所述三通道偏振图像的相应值的解算为偏振参数的解算为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° )为三个角度的偏振分量图像；Sc^S1, S2为三个偏振分量图像的Stokes参数；DoLP和Orient为偏振参数。
全文摘要
本发明涉及一种便携式偏振图像采集处理系统，其特征在于包括三个偏振相机、三个解码器、NADA FLASH存储器、RS-232串行接口、FPGA处理器、DSP处理器和编码器、显示器；三个偏振相机采集的模拟视频数据通过与其联接的解码器的解码，输出三路数字视频数据至FPGA处理器进行预处理；DSP接受FPGA预处理后的数据进行三通道偏振图像的相应值的解算，然后通过VP口输出数据到编码器，而后由显示器显示，同时通过与FPGA的数据交互并将数据存储到NADA FLASH存储器中。本发明采用FPGA处理器和DSP处理器构成的系统板对同时间，同场景，不同偏振度的三路偏振图像采集处理，得到同一环境下的多偏振度图像，便于后期基于偏振图像的去雾，目标监测，跟踪等任务。
文档编号G03B35/08GK102801998SQ20121025553
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者赵永强, 张清勇, 杨劲翔 申请人:西北工业大学