面向微纳星的多路微图像采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像采集系统，特别是涉及一种面向微纳星的多路微图像采集系 统。
【背景技术】
[0002] 微纳卫星（NanoSat)是指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星。相较大卫 星具有体积小、功耗低、开发周期短，可编队组网，以更低的成本完成很多复杂空间任务等 优势，更利于军事侦察、监视、复杂环境下的探测等任务。在科研、国防和商用等领域发挥着 重要作用。
[0003] 星载微图像采集系统是微图像采集技术在空间环境下的应用，负责在空间飞行器 上完成相应的图像采集任务。由于空间环境的恶劣，对星载微图像采集系统从性能、可靠性 及成本等方面都提出了巨大的挑战。设计出一个稳定可靠的星载微图像采集系统对人类对 未知空间的探索来说意义重大。
[0004] 参照图5,文献"授权公告号是CN203405206U的实用新型专利"公开了一种全景影 像无人机采集系统，用于无人机的全景影像采集。该系统包括无人机、全景相机，其中全景 相机包括相机控制系统、GPS定位装置、存储器和多组镜头。该系统主要应用于地面全景地 图的采集，系统采用的控制系统及多组CCD鱼眼镜头，成本高、体积大，不满足微纳卫星质 量体积等方面的要求，且多组CCD镜头同时工作采集图像，功耗高，不适于微纳卫星领域的 图像采集。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有图像采集系统功耗高的不足，本发明提供一种面向微纳星的多路微 图像采集系统。该系统包括FPGA控制模块、多路微型相机模块、存储模块和图像后续处理 模块。所述FPGA控制模块采用FLASH型FPGA结构，在低功耗工作情况下，完成图像数据采 集与处理的整体控制。所述多路微型相机模块，由多个微型相机组成，安装时分别朝向不同 方位以采集全方位的环境信息。所述存储模块，由两片SDRAM和EPCS组成，用于相应图像数 据的缓存及程序的存储。所述图像后续处理模块，由DA转换器、SD卡接口、无线传输模块和 VGA接口组成，用于采集到图像的存储，显示或传输。相比于【背景技术】，本发明选取的FPGA、 微型相机等器件可以降低功耗，且本发明针对微纳卫星中功耗的不同要求设计了三种工作 模式，包括单相机工作、多相机工作和轮循工作模式，用户可根据功耗要求及环境信息需求 权衡选择工作模式。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向微纳星的多路微图像采集 系统，其特点是包括FPGA控制模块、多路微型相机模块、存储模块和图像后续处理模块。所 述FPGA控制模块内部用HDL硬件描述语言写一个I2C控制器，通过查表的方式将参数写入 相机寄存器，利用I2C控制器对多路相机进行初始化配置。初始化完毕后，设置图像采集模 式，通道切换逻辑选择多路微型相机模块中多个或单个相机进行工作，未被选中的相机进 入休眠状态。单相机、多相机或者轮循拍照由选择采集通道实现，通道选择由多选一选择器 和2-4译码器构成，用于选择多路PCLK信号和控制多路PWDN信号。根据相机接口电路设 计，控制相机的待机选择管脚PWDN使其处于工作状态或掉电状态。根据相机输出数据的时 序，对数据总线进行采样，利用两个计数器分别对图像的列和行进行计数，确定每个像素点 的位置，逐个对RAW格式的图像数据进行采集，然后向FPGA控制模块输出RAW格式的图像 数据信号。将采集到的RAW图像格式转换成显示需要的RGB格式。所述图像后续处理模块 由DA转换器、VGA接口、SD卡和无线传输模块组成。FPGA控制模块中的VGA显示控制模块 同时通过输出FIFO读出SDRAMl里的图像数据，驱动DA转换器转换成模拟信号，通过VGA 接口实时显示图像。SD卡通过NiosII处理器保存拍摄到的图像，当系统上电后，FPGA从外 部配置芯片EPCS自动加载程序到SDRAM2中运行，软件先执行中断初始化，在FATFS模块上 注册一个工作区，等定时时间结束后，将当前相机在SDRAMl中的RGB图像转换成位图格式， 并保存至SD卡中。将拍摄到的图像通过压缩芯片ADV212压缩，然后通过无线传输模块传 输到接收设备。
[0007] 本发明的有益效果是：该系统包括FPGA控制模块、多路微型相机模块、存储模块 和图像后续处理模块。所述FPGA控制模块采用FLASH型FPGA结构，在低功耗工作情况下， 完成图像数据采集与处理的整体控制。所述多路微型相机模块，由多个微型相机组成，安装 时分别朝向不同方位以采集全方位的环境信息。所述存储模块，由两片SDRAM和EPCS组成， 用于相应图像数据的缓存及程序的存储。所述图像后续处理模块，由DA转换器、SD卡接口、 无线传输模块和VGA接口组成，用于采集到图像的存储，显示或传输。相比于【背景技术】，本 发明选取的FPGA、微型相机等器件降低了功耗，同时缩小了系统的体积，且本发明针对微纳 卫星中功耗的不同要求设计了三种工作模式，包括单相机工作、多相机工作和轮循工作模 式，用户可根据功耗要求及环境信息需求权衡选择工作模式。
[0008] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明面向微纳星的多路微图像采集系统的工作流程图。
[0010] 图2是本发明面向微纳星的多路微图像采集系统的结构框图。
[0011] 图3是本发明系统一次循环多路微型相机采集到的图像。
[0012] 图4是将本发明系统搭载于六旋翼飞行器于飞行中采集到的图像（一次循环拍 照）。
[0013] 图5是【背景技术】全景影像无人机采集系统的结构框图。
【具体实施方式】
[0014] 以下实施例参照图1-4。
[0015] 本发明面向微纳星的多路微图像采集系统包括FPGA控制模块、多路微型相机模 块、存储模块、图像显示模块、图像存储模块及图像无线传输模块、按键、LED灯及电源模块。
[0016] 本发明首先需要根据系统的技术指标需求进行相关器件选型，并基于FPGA平台 设计硬件电路。由FPGA控制模块统筹控制其余各个模块。系统上电工作后，FPGA从外部配 置芯片（EPCS)自动加载配置程序。首先通过I2C控制器对四路相机进行初始化配置，并选 择相机工作模式，设置相机进入工作或休眠状态-处于激活状态的相机按时序向FPGA输出RAW格式视频数据信号，同时FPGA将RAW格式的数据转换成RGB格式并将其通过输入FIFO 存入SDRAMl中，缓存在SDRAMl中的图像根据不同的系统工作模式选择相应的后续处理方 式，包括VGA接口显示、SD卡存储、无线传输模块传回接收端设备。
[0017] 具体实施过程如下：
[0018] (I)FPGA对微型相机的初始化配置。
[0019