一种无人机通用图像处理系统的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种应用在无人机上的通用图像处理系统。

背景技术：

随着图像处理技术在无人机领域的广泛应用，无人机图像处理系统设计复杂度日益增加，通常在特定图像处理系统都会使用特定的图像处理板系统来进行图像处理，但随着对图像处理的准确性和实时性的要求日渐严格、硬件的更新与升级不断加快，传统的图像处理板系统已经不能很好的满足图像处理算法复杂度日渐增加、硬件更新日益加快的要求，因此设计一种处理速度快、存储器容量大速率快、数据吞吐量大、通用性强的图像处理系统，已经成为无人机图像处理系统的需求。

目前，传统的图像处理板系统一般采用FPGA+DSP的架构，若要实现更强的处理能力就需要大量的处理器芯片的串接，处理器芯片的数量增多必定占用更大的空间和质量，但现有的无人机图像处理系统正朝着轻小型智能化发展，传统的图像处理系统的可用性和实用性已经无法满足现状。

传统的无人机图像处理系统使用Flash、SRAM或SDRAM等进行存储器扩展，由于这些存储器有存储容量低或传输速率低的缺点，在图像处理领域无法胜任大批量图像数据的高速存储。

传统的无人机图像处理系统采用并行总线或通用串行总线资源进行处理器间的互联，由于这些总线协议的传输速率低，使得处理器间数据吞吐量小，降低了系统的实时性。

传统的无人机图像处理系统在印刷电路板设计中，只针对特定的图像处理模版设计接口，没有通用可扩展的接口设计，一般不考虑处理器芯片与同一系列的其他芯片间可兼容的管脚封装，如需进行板卡升级，就需要重新设计电路，延长了设计周期且提高了设计成本。

综上所述，传统的图像处理板卡的板卡体积大、存储器容量小速率低、处理器间数据吞吐量小、板卡通用性差，已无法满足无人机图像处理过程中算法复杂度日益增加数据量日益增大的现状。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种无人机通用图像处理系统，能够克服传统的无人机图像处理系统芯片类型单一，可扩展性不强、系统更新升级复杂的缺点，通过单一硬件的升级即可实现系统整体的升级，接口种类丰富，可扩展性较强。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种无人机通用图像处理系统，包括可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、图像处理板和印制板；

印制板设置有为FPGA提供的RS422、RS232、RS485的输入输出接口连接器，以及HDMI、SDI的输入接口连接器；

FPGA与图像处理板通过PCIE、SRIO、GPIO、UART、SPI接口进行连接；

FPGA和图像处理板安装在印制板上，FPGA通过印制板上的各接口连接器与印制板相连，印制板的RS422或RS485或RS232输入输出接口连接器与外部的无人机飞控系统连接，印制板的HDMI或SDI输入接口连接器与外部的相机连接。

进一步地，所述印制板还设置有为图像处理板提供的外部存储器接口，该接口用于图像处理板连接外部存储器。

进一步地，所述印制板还设置有为图像处理板提供的千兆以太网接口，该接口用于图像处理板连接外部的上位机。

进一步地，所述印制板还设置有为图像处理板提供的HDMI输出接口连接器，该接口连接器用于图像处理板连接外部的显示器。

进一步地，所述印制板还设置有为FPGA提供的HDMI、SDI输出接口连接器，该接口连接器用于FPGA连接外部的显示器。

进一步地，所述印制板还设置有为图像处理板提供的USB接口连接器，该接口连接器用于图像处理板连接外部的鼠标和键盘。

进一步地，所述FPGA采用Xilinx公司的Airtix-7系列芯片，所述图像处理板采用NVDIA JETSON TX2模块。

进一步地，所述FPGA采用DDR3进行存储器扩展。

有益效果：

一、本实用新型在满足高性能图像处理能力的基础上采用一片FPGA和一个TX2的架构，减少了无人机图像处理系统的体积、质量，提高了无人机图像处理系统的图像处理能力。

二、本实用新型克服了传统的图像处理板平台系统芯片类型单一，可扩展性不强、系统更新升级复杂的缺点，使得本实用新型通用性较强，通过单一硬件的升级即可实现系统整体的升级，接口种类丰富，可扩展性较强，使得本实用新型在系统升级、改版方面具有很大的灵活性，缩短了设计周期，降低了设计成本。

三、本实用新型FPGA与图像处理板采用高速串行总线进行互联，克服了传统处理器间的并行总线或通用串行总线传输速率慢的缺点，使得本实用新型各处理器间的数据吞吐量大，提高了系统的实时性。

四、本实用新型FPGA采用了DDR3进行存储器扩展，克服了传统Flash、SRAM或SDRAM处理器使用、或扩展带来的存储容量低，传输速率低的缺点，使得本实用新型在数据存储方面具有存储容量大、存储速率快的特点。

五、本实用新型采用千兆以太网接口与上位机通信，克服了传统的串口、USB、PCI、PCIe、百兆以太网等协议接口带来的传输速率慢或传输距离短或两者兼有的缺点，使得本实用新型在与地面站通信时具有传输距离远、传输速率快的特点，提高了系统的实时性。

附图说明

图1为本实用新型系统结构图。

图2为本实用新型接口连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种基于FPGA为主控核心的通用图像处理板平台系统，整个板卡以一片FPGA芯片为主控核心，连接图像处理板，采用了DDR3进行存储器扩展，FPGA支持SRIO、PCIe总线协议，设有HDMI、SDI的输入接口和输出接口，RS422、RS232、RS485输入和输出接口，以及GPIO、UART、SPI接口；图像处理板采用NVDIA JETSON TX2模块，接有可扩展的外部存储器和千兆以太网接口、PCIE接口、HDMI显示接口、USB接口、以及GPIO、UART、SPI接口；图像处理模块与FPGA间采用高速串行总线进行互联，支持SRIO、PCIe总线协议，另外二者之间还支持UART接口、SPI接口以及若干个GPIO口；本实用新型的无人机通用图像处理板平台系统的印制板上FPGA芯片、图像处理模块板的安装位置，为能够放置各自系列其他芯片的兼容位置，印制板为FPGA提供了HDMI、SDI的输入接口连接器和输出接口连接器，RS422、RS232、RS485输入和输出接口连接器，以及GPIO、UART、SPI接口和SRIO、PCIe接口连接器，为图像处理模块提供了外部存储器和千兆以太网接口、PCIE接口、SRIO接口、HDMI显示接口、USB接口、以及GPIO、UART、SPI接口连接器。

本实用新型的实现还在于，FPGA芯片采用Xilinx公司的Airtix-7系列芯片；其在本实用新型的通用无人机图像处理理板卡系统中的用途是进行图像的采集和传输以及简单的图像处理算法处理，如双目校正、图像拼接等。

本实用新型的实现还在于无人机图像处理模块采用采用NVDIA JETSON TX2模块，TX2是一款高性能、轻小型嵌入式处理器，满足无人机图像处理系统体积小、处理速度快的要求，同时图像处理模块可以采用兼容多种图像处理板，如NVDIA Jetson TX1、NVDIA Jetson TX2、DSP等，使用时，它们采用统一的管脚信号定义，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是用于实现复杂的图像处理算法，如图像检测、目标识跟踪等。

本实用新型的实现还在于FPGA芯片接有的外部存储器芯片DDR3，其在本实用新型的通用图像处理板卡中的用途是用于图像处理过程中的数据存储。

本实用新型的实现还在于FPGA接有HDMI、SDI输入接口，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是采集图像。

本实用新型的实现还在于FPGA接有HDMI、SDI输出接口，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是对采集的图像直接输出显示。

本实用新型的实现还在于FPGA接有RS422，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是连接无人机飞控系统，对飞控系统发送控制指令。

本实用新型的实现还在于图像处理芯片接有的千兆以太网，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是输出处理后的图像。

本实用新型的实现还在于图像处理芯片接有HDMI，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是直接连接显示器显示图像。

本实用新型的实现还在于图像处理芯片接有GPIO、UART、SPI接口，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是实现FPGA与TX1之间的指令传输。

本实用新型的实现还在于图像处理芯片接有的USB接口，其在本实用新型的通用图像处理板平台系统中的用途是连接常见USB外设，如鼠标、键盘等。

实施例1

参考附图1，本例以一片FPGA芯片为主控核心、一个NVDIA TX1芯片为主要的图像处理单元的基本架构，在此架构上FPGA与TX1片间采用高速串行总线进行PCIe互联，用以图像的快速传输，图像处理芯片外围还扩展了SD卡存储器，用以图像数据的保存，以及千兆以太网接口，用以将处理后的图像数据传输到地面站。

参考附图1，无人机图像处理系统的处理流程为：FPGA通过HDMI接口连接相机，进行图像采集，其中FPGA通过协议转换芯片将串口转换为HDMI接口；将采集的原始图像通过PCIe接口发送给TX1，TX1对图像进行处理，并将处理后图像通过网口输出，网口连接无线图传模块，无线图像模块将处理后的图像信息发送到地面站，TX1输出的控制指令通过UART传输到FPGA，FPGA通过RS422接口将控制指令发送给飞控系统，其中FPGA通过协议转换芯片连接RS422接口。

参考附图2，本实用新型的FPGA与相机采用HDMI接口互联，主要用于采集图像。

参考附图2，本实用新型的FPGA与TX1间采用高速串行总线进行互联，支持PCIe总线协议，主要用于FPGA向TX1高速传输图像数据，本例中PCIe3.0接口采用四通道并行传输，每通道速率为1GB/s，四通道共4GB/s，其数据传输速率4GB/s，远远超过传统并行总线或通用串行总线的百兆级的速率。

参考附图2，本实用新型的TX1与显示器通过HDMI互联，主要用于图像处理算法编码、调试显示界面。

参考附图2，本实用新型的TX1与鼠标、键盘通过USB接口互联，主要用于图像处理算法程序编码、调试。

参考附图2，本实用新型的TX1与地面站通过无线发送接口互联，主要用于将处理后的视频图像进行显示。

参考附图2，本实用新型的TX1与SD卡存储器通过SD卡接口互联，主要用于图像数据的存储。

自此，就完成了无人机图像处理系统的设计。

实施例2

参考附图1，本例以一片FPGA芯片为主控核心、一个NVDIA TX2芯片为主要的图像处理单元的基本架构，在此架构上FPGA与TX2片间采用高速串行总线进行PCIe互联，用以图像的快速传输，图像处理芯片外围还扩展了SD卡存储器，用以图像数据的保存，以及千兆以太网接口，用以将处理后的图像数据传输到地面站。

参考附图1，无人机图像处理系统的处理流程为：FPGA通过HDMI接口连接相机，进行图像采集，其中FPGA通过ADV7611协议转换芯片将串口转换为HDMI接口；将采集的原始图像通过PCIe接口发送给TX2，TX2对图像进行处理，并将处理后图像通过网口输出，网口连接无线图传模块，无线图像模块将处理后的图像信息发送到地面站，TX2输出的控制指令通过UART传输到FPGA，FPGA通过RS422接口将控制指令发送给飞控系统，其中FPGA通过协议转换芯片连接RS422接口。

参考附图2，本实用新型的FPGA与相机采用HDMI接口互联，主要用于采集图像。

参考附图2，本实用新型的FPGA与TX2间采用高速串行总线进行互联，支持PCIe总线协议，主要用于FPGA向TX2高速传输图像数据，本例中PCIe3.0接口采用四通道并行传输，每通道速率为1GB/s，四通道共4GB/s，其数据传输速率4GB/s，远远超过传统并行总线或通用串行总线的百兆级的速率。

参考附图2，本实用新型的TX2与显示器通过HDMI互联，主要用于图像处理算法编码、调试显示界面。

参考附图2，本实用新型的TX2与鼠标、键盘通过USB接口互联，主要用于图像处理算法程序编码、调试。

参考附图2，本实用新型的TX2与地面站通过无线发送接口互联，主要用于将处理后的视频图像进行显示。

参考附图2，本实用新型的TX2与SD卡存储器通过SD卡接口互联，主要用于图像数据的存储。

自此，就完成了无人机图像处理系统的设计。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。