基于FPGA的小型星载非制冷红外成像系统

2010-11-16 19:51:30来源: 电子技术应用2010年第9期 关键字:图像处理  FPGA  成像系统  红外焦平面阵列

  摘  要: 根据内编队重力场卫星红外成像工作环境的温度要求,选取了非制冷长波红外焦平面阵列探测器——UL 03 16 2,并在此基础上进行了系统的软硬件设计。硬件电路采用了模拟电路和数字电路分离设计方案,以减小电路噪声对红外图像的影响。在系统实现上,以内嵌MircoBlaze微处理器FPGA为主处理器,通过编程实现了图像数据的获取、处理和输出以及整个系统各模块的综合管理,提高了系统的集成度和稳定性。

  关键词: 红外焦平面阵列;成像系统;FPGA;图像处理

  采用内编队卫星方式测量大地重力场,需要在内卫星所受非保守力引起的扰动加速度小于1×10-11 m2/s的情况下测量内外卫星的相对位置[1],利用非接触可见光测量带来的光压扰动在4×10-10 m2/s左右,已超出了非保守力的干扰要求范围。通过分析得出,利用内卫星表面和外卫星腔体内表面的红外发射率不同,采用三台固定于外卫星腔体内表面的红外相机对内卫星进行拍摄,可解算出内外卫星的相对位置。

  由于内编队卫星的特殊性,要求该星载红外相机的体积、质量、功耗都很小。通过调研发现,现有的商业红外相机很难达到上述要求,且无法满足航天要求。而制冷型相机需要冷却装置将探测器冷却到相当低的温度,这增加了整个系统的功耗和复杂度。因此,研制一种小型星载非制冷红外相机是实现内编队卫星有效载荷需要首先解决的问题。基于上述需求,本文通过分析内编队重力场卫星的红外成像环境,选用了合适的长红外焦平面阵列探测器,对非制冷红外相机进行了系统设计,并利用FPGA实现了对焦平面阵列探测器芯片正常工作所需各种信号的控制和图像预处理算法以及整个系统的综合管理。

  1 非制冷红外成像系统总体设计

  本文设计的非制冷红外成像系统主要由光学镜头、非制冷红外焦平面阵列、控制电路、图像处理和输出电路组成,系统构成框图如图1所示。红外目标光线经过红外光学镜头聚焦在CCD探测器上,模拟电路部分提供CCD工作的基准电压,CCD探测器在数字电路部分提供的扫描时序驱动下以模拟电压的方式逐行输出每一像素点的灰度值。该模拟电压信号经过高精度A/D采样后生成数字图像信号送入数字电路部分。数字电路部分实时完成各种图像处理任务,并输出处理后的图像数据供PC机作后续处理或在电视机屏幕上显示。

  考虑到电路噪声对红外图像信号的影响,本系统采用了数字电路和模拟电路分离设计思想,将数字电路和模拟电路设计在不同的电路板上,通过排针直接相连。它们之间只有数字信号的交互,这样既可以减小数模混合电路的相互干扰性,也可以降低信号在传输线上的噪声影响。模拟电路部分主要采用各类电压转换芯片实现对CCD探测器基准电压的设置。模数转换芯片实现对探测器输出模拟图像信号的转换以及处理后模拟图像信号的输出。数字电路部分以内嵌MicroBlaze 32位微处理器软核的FPGA为主处理器[2],实现的功能主要包括CCD探测器时序生成、图像处理算法、处理后的数字图像信号输出以及整个系统的综合管理等[3]。

[1] [2] [3] [4]

关键字:图像处理  FPGA  成像系统  红外焦平面阵列

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1116/article_1437.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:利用FPGA的新功能保证视频设计安全性
下一篇:基于NiosⅡ处理器的TFT-LCD图形显示设计

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利
推荐阅读
全部
图像处理
FPGA
成像系统
红外焦平面阵列

小广播

独家专题更多

东芝在线展会——芯科技智社会创未来
东芝在线展会——芯科技智社会创未来
2017东芝PCIM在线展会
2017东芝PCIM在线展会
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
TI车载信息娱乐系统的音视频解决方案
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2017 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved