CN104580895A - 一种具有摄照同步工作能力的机载成像*** - Google Patents
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Abstract
一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，包括：电动变焦镜头、成像传感器、电源模块、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块；传感器模块通过电动变倍镜头对目标场景进行成像，并将光学信号转换为数字信号后传输至信号处理模块，信号处理模块接收到数字信号进行处理后传输给压缩模块；压缩控制模块将接收到的信号传输给图像压缩模块，图像压缩模块根据压缩控制指令对接收到的信号进行图像压缩后输出给存储模块进行存储；信号处理模块通过与接口模块连接；本***功能满足了光电转塔对摄像和拍照设备的功能要求，有效减小了设备体积、功耗，降低了光电转塔设备的设计难度，提高了光电转塔设备的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种机载成像***，特别是一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，主要用于机载光电转塔***使用，设备的主要功能完全覆盖机载光电转塔***对可见光摄像机和可见光大面阵照相机的使用要求，属于机载成像设备领域。
背景技术
机载光电转塔设备主要用于对目标区域进行侦察，对特定目标进行搜索、识别以及跟踪定位。可见光摄像机和可见光照相机是机载光电转塔的关键载荷。现有机载光电转塔设备一般分别配备可见光摄像机和可见光照相机两种载荷，以实现目标搜索和高分辨率照片获取的使用要求，但是这种方式存在以下问题：
机载，尤其是无人机机载转塔设备是一种对体积、重量和功耗高度敏感的设备，分别配备可见光摄像机和照相机占用了宝贵的空间，影响了其他有效载荷的安装，限制了光电转塔的功能发挥；
光电转塔分别装备可见光摄像机和照相机，需要考虑两种载荷数据接口、指令***以及安装方式的不同，给光电转塔数据传输、存储***的设计带来更多困难，也提高了成本；
摄像机和照相机镜头的不同，使得两者很难保持同一视场工作，不光给设计带来困难，使用过程中也存在诸多限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，集可见光摄像、可见光高分辨率拍照功能为一体。本***工作在摄照一体模式下时，拍照和摄像可同步工作，并完全保持同视场。且具有丰富的外部接口，内置压缩、存储、图像增强、透雾等功能单元，相比现有设备，集成度大大提高。本***功能满足了光电转塔对摄像和拍照设备的功能要求，有效减小了设备体积、功耗，降低了光电转塔设备的设计难度，提高了光电转塔设备的工作效率。
本发明的技术解决方案是：一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，包括：电动变焦镜头、成像传感器、电源模块、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块；
传感器模块通过电动变倍镜头对目标场景进行成像，并将光学信号转换为数字信号后传输至信号处理模块；
所述信号处理模块包括：3A算法模块、电子变倍模块、透雾与低照度增强模块、成像传感器控制模块、镜头控制模块、存储器驱动模块、控制模块、压缩控制模块和UART；
信号处理模块接收到数字信号经过3A算法模块进行自动增益、自动白平衡和自动曝光处理后变为全分辨率图像信号，全分辨率图像信号分为两路信号，其中一路信号直接输入给透雾与低照度增强模块，另一路信号经过电子变倍模块进行电子变倍后变换为低分辨率视频信号后输入给透雾与低照度增强模块，
透雾与低照度增强模块对接收到的全分辨率图像信号和低分辨率视频信号进行透雾和低照度增强处理后，将图像信号和处理信号均传送给接口模块，并将图像信号或者视频信号传输给压缩模块；
压缩控制模块将接收到的图像信号或者视频信号和压缩控制指令传输给图像压缩模块，图像压缩模块根据压缩控制指令对接收到的图像信号或者视频信号进行图像压缩后输出给存储器驱动模块，存储器驱动模块控制存储模块，将压缩后的图像信号或者视频信号进行存储；
信号处理模块通过与接口模块连接的UART通信接口接收外部指令并发送给控制模块，控制模块根据接收到的外部指令控制信号处理模块的各个功能模块工作；
信号处理模块中的成像传感器控制模块和镜头控制模块分别控制成像传感器和电动变倍镜头，对成像工作模式进行设置；
电源模块分别给电动变焦镜头、成像传感器、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块供电。
所述接口模块包括：第一Cameralink接口、第二Cameralink接口、RS422接口、PAL接口和URAT接口，第一Cameralink接口用于输出全分辨率图像信号，第二Cameralink接口用于输出低分辨率视频数字信号，PAL接口用于输出低分辨率视频模拟信号，RS422接口用于与外部控制单元进行通信，URAT接口用于与信号处理模块的UART接口连接。
所述机载成像***包括三种工作模式，分别为：拍照模式、视频成像模式和拍照与视频成像同步工作模式。
所述全分辨率图像信号的分辨率为5120*5120，低分辨率视频信号的分辨率为小于等于1024*1024。
所述视频成像同步工作模式下，电动变倍镜头成像时焦距的变化范围为：40mm-130mm。
所述拍照模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨照片，所述视频成像模式下，机载成像***以30帧/S的频率输出视频，所述视频成像同步工作模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨率照片，同时以30帧/S的频率输出与全分辨率照片完全同视场的视频。
所述电子变倍模块具有1-5倍的电子变倍功能，在最短焦时观测视场最大值为：60°×60°，在最长焦时观测视场最大值为：10°×10°。
总结以上所述，本发明具有以下优点：
(1)本发明在单台设备中集成了全分辨率拍照和低分辨率视频获取功能模式，并且可以实现两种功能同时工作，提高了设备的使用效率，应用于光电转塔时，减少了设备数量，将拍照、视频成像两个功能的可见光成像载荷重量降低到了1.7kg以内，并且提高了光电转塔的可靠性；
(2)本发明中低分辨率视频信号和全分辨率图像信号同步输出，在任意时刻，视频信号和图像信号均具有相同的视场，可以通过低分辨率视频信号实现目标跟踪和定位，并通过全分辨率图像信号获取目标及周边环境的细节信息。省去了现有技术中对视频信号和图像信号的切换和视场匹配操作，提高了成像效率；
(3)本发明采用光学变倍和电子变倍相结合，实现了最大32.5倍的变倍，并且每一次倍数变化均带来细节丰富程度的变化，变倍效果与光学变倍完全相同，可实现最大60°×60°，最小2°×2°的视场变化；
(4)本发明内部集成优化的透雾和低照度增强算法模块，对图像数据和视频数据进行透雾处理和低照度增强处理，提高了图像数据和视频数据的质量，提高了设备的环境适应性；
(5)本发明内置的压缩存储模块提高了设备集成度，可有效降低光电转塔的成本。
附图说明
图1为本发明***原理框图；
图2为本发明***功能模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的实施方式进行进一步的详细说明。
如图1所示为本发明***原理框图，图2所示为本发明***功能模块示意图。从图1和图2可知，本发明提供的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于包括：电动变焦镜头、成像传感器、电源模块、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块；
传感器模块通过电动变倍镜头对目标场景进行成像，并将光学信号转换为数字信号后传输至信号处理模块，
所述信号处理模块包括：3A算法模块、电子变倍模块、透雾与低照度增强模块、成像传感器控制模块、镜头控制模块、存储器驱动模块、控制模块、压缩控制模块和UART；
信号处理模块接收到数字信号经过3A算法模块进行自动增益、自动白平衡和自动曝光处理后变为全分辨率图像信号，所述3A算法具体见：宋秋冬，林秋月，刘会通等，《基于FPGA的CCD相机自动增益控制方法及实现》，红外与激光工程，2002.10，Vol.35Supplement和周荣郑，何捷，洪志良，《自适应的数码相机自动白平衡算法》，计算机辅助设计与图形学学报，2005.03，Vol.17，No.3。
全分辨率图像信号分为两路信号，其中一路信号直接输入给透雾与低照度增强模块，另一路信号经过电子变倍模块进行电子变倍后变换为低分辨率视频信号后输入给透雾与低照度增强模块，所述全分辨率图像信号的分辨率为5120*5120，低分辨率视频信号的分辨率为小于等于1024*1024；所述电子变倍模块具有1-5倍的电子变倍功能，在最短焦时观测视场最大值为：60°×60°，在最长焦时观测视场最大值为：10°×10°；
透雾与低照度增强模块对接收到的全分辨率图像信号和低分辨率视频信号进行透雾和低照度增强处理后，将图像信号和处理信号均传送给接口模块，并将图像信号或者视频信号传输给压缩模块；所述透雾和低照度增强处理具体见：He,K.,Sun,J.,Tang,X.,《Single image haze removal using dark channelprior》.CVPR(2009)
压缩控制模块将接收到的图像信号或者视频信号和压缩控制指令传输给图像压缩模块，图像压缩模块根据压缩控制指令对接收到的图像信号或者视频信号进行图像压缩后输出给存储器驱动模块，存储器驱动模块控制存储模块，将压缩后的图像信号或者视频信号进行存储；
信号处理模块通过与接口模块连接的UART通信接口接收外部指令并发送给控制模块，控制模块根据接收到的外部指令控制信号处理模块的各个功能模块工作；
所述接口模块包括：第一Cameralink接口、第二Cameralink接口、RS422接口、PAL接口和URAT接口，其中Cameralink接口芯片为DS90CR285MTD，第一Cameralink接口用于输出全分辨率图像信号，第二Cameralink接口用于输出低分辨率视频数字信号，PAL接口用于输出低分辨率视频模拟信号，RS422接口用于与外部控制单元进行通信，URAT接口用于与信号处理模块的UART接口连接；
信号处理模块中的成像传感器控制模块和镜头控制模块分别控制成像传感器和电动变倍镜头，对成像工作模式进行设置；
电源模块分别给电动变焦镜头、成像传感器、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块供电。
所述机载成像***包括三种工作模式，分别为：拍照模式、视频成像模式和拍照与视频成像同步工作模式，具体工作过程为：
拍照模式：接口模块通过RS422通信接口接收到拍照指令，并且获取到相机的工作模式设置指令，则信号处理单元通过UART接口获取指令，控制单元将指令进行解析，提取出成像参数信息，并据此设置成像传感器的工作模式，信号处理单元采集传感器输出的全分辨率图像数据信息，依据指令进行透雾和低照度增强处理后分别送入压缩存储控制单元和外部接口单元进行输出。
视频成像模式：接口模块通过RS422通信接口接收到视频成像指令，并且同时获取到视频成像工作模式设置指令，则信号处理单元通过模块设置成像传感器的增益、曝光时间等参数初始值，将图像数据经过3A算法模块，获取成像参数，并据此配置成像传感器。电子变倍模块获取30帧/S的全分辨率图像数据后，将图像数据进行下采样，将分辨率降低到1024*1024，并保持原帧频输出给图像透雾与低照度增强模块，处理完成后根据指令进一步进行压缩、存储及输出等操作。
拍照与视频成像同步工作模式：接口模块通过RS422通信接口接收到摄照同步工作指令，信号处理单元通过UART模块获取并通过控制模块解析指令后，通过成像传感器控制模块将成像传感器设定为30帧/秒，并采集图像数据，根据外部指令或者3A模块获取的成像参数设置成像传感器工作状态。控制模块控制3A模块定时或根据外触发信号将全分辨率图像数据送入低照度增强和透雾处理模块，处理完成的全分辨率图像数据送入压缩、存储控制模块。同时将全分辨率图像数据送入电子变倍模块，将变倍后的1024×1024(PAL制输出则为720*576)分辨率的高帧频数据送入低照度增强和透雾模块，处理完成的数据经过第二Cameralink或PAL接口输出。在以上工作的同时，信号处理单元中的镜头控制模块实时读取镜头变焦时返回的电位计电压值，通过电压值获取镜头所处的焦距，并将焦距限定在40mm-130mm之间。
所述拍照模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨照片，所述视频成像模式下，机载成像***以30帧/S的频率输出视频，所述视频成像同步工作模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨率照片，同时以30帧/S的频率输出与全分辨率照片完全同视场的视频。
Claims (7)
1.一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于包括：电动变焦镜头、成像传感器、电源模块、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块；
传感器模块通过电动变倍镜头对目标场景进行成像，并将光学信号转换为数字信号后传输至信号处理模块，
所述信号处理模块包括：3A算法模块、电子变倍模块、透雾与低照度增强模块、成像传感器控制模块、镜头控制模块、存储器驱动模块、控制模块、压缩控制模块和UART；
信号处理模块接收到数字信号经过3A算法模块进行自动增益、自动白平衡和自动曝光处理后变为全分辨率图像信号，全分辨率图像信号分为两路信号，其中一路信号直接输入给透雾与低照度增强模块，另一路信号经过电子变倍模块进行电子变倍后变换为低分辨率视频信号后输入给透雾与低照度增强模块，
透雾与低照度增强模块对接收到的全分辨率图像信号和低分辨率视频信号进行透雾和低照度增强处理后，将图像信号和处理信号均传送给接口模块，并将图像信号或者视频信号传输给压缩模块；
压缩控制模块将接收到的图像信号或者视频信号和压缩控制指令传输给图像压缩模块，图像压缩模块根据压缩控制指令对接收到的图像信号或者视频信号进行图像压缩后输出给存储器驱动模块，存储器驱动模块控制存储模块，将压缩后的图像信号或者视频信号进行存储；
信号处理模块通过与接口模块连接的UART通信接口接收外部指令并发送给控制模块，控制模块根据接收到的外部指令控制信号处理模块的各个功能模块工作；
信号处理模块中的成像传感器控制模块和镜头控制模块分别控制成像传感器和电动变倍镜头，对成像工作模式进行设置；
电源模块分别给电动变焦镜头、成像传感器、信号处理模块、接口模块、存储模块和图像压缩模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述接口模块包括：第一Cameralink接口、第二Cameralink接口、RS422接口、PAL接口和URAT接口，第一Cameralink接口用于输出全分辨率图像信号，第二Cameralink接口用于输出低分辨率视频数字信号，PAL接口用于输出低分辨率视频模拟信号，RS422接口用于与外部控制单元进行通信，URAT接口用于与信号处理模块的UART接口连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述机载成像***包括三种工作模式，分别为：拍照模式、视频成像模式和拍照与视频成像同步工作模式。
4.根据权利要求1所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述全分辨率图像信号的分辨率为5120*5120，低分辨率视频信号的分辨率为小于等于1024*1024。
5.根据权利要求3所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述视频成像同步工作模式下，电动变倍镜头成像时焦距的变化范围为：40mm-130mm。
6.根据权利要求3所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述拍照模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨照片，所述视频成像模式下，机载成像***以30帧/S的频率输出视频，所述视频成像同步工作模式下，机载成像***以4帧/S的频率输出全分辨率照片，同时以30帧/S的频率输出与全分辨率照片完全同视场的视频。
7.根据权利要求1所述的一种具有摄照同步工作能力的机载成像***，其特征在于：所述电子变倍模块具有1-5倍的电子变倍功能，在最短焦时观测视场最大值为：60°×60°，在最长焦时观测视场最大值为：10°×10°。
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