面向微納星的多路微圖像采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像采集系統(tǒng)，特別是涉及一種面向微納星的多路微圖像采集系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微納衛(wèi)星（NanoSat)是指質(zhì)量小于10千克、具有實際使用功能的衛(wèi)星。相較大衛(wèi) 星具有體積小、功耗低、開發(fā)周期短，可編隊組網(wǎng)，以更低的成本完成很多復(fù)雜空間任務(wù)等 優(yōu)勢，更利于軍事偵察、監(jiān)視、復(fù)雜環(huán)境下的探測等任務(wù)。在科研、國防和商用等領(lǐng)域發(fā)揮著 重要作用。
[0003] 星載微圖像采集系統(tǒng)是微圖像采集技術(shù)在空間環(huán)境下的應(yīng)用，負責(zé)在空間飛行器 上完成相應(yīng)的圖像采集任務(wù)。由于空間環(huán)境的惡劣，對星載微圖像采集系統(tǒng)從性能、可靠性 及成本等方面都提出了巨大的挑戰(zhàn)。設(shè)計出一個穩(wěn)定可靠的星載微圖像采集系統(tǒng)對人類對 未知空間的探索來說意義重大。
[0004] 參照圖5,文獻"授權(quán)公告號是CN203405206U的實用新型專利"公開了一種全景影 像無人機采集系統(tǒng)，用于無人機的全景影像采集。該系統(tǒng)包括無人機、全景相機，其中全景 相機包括相機控制系統(tǒng)、GPS定位裝置、存儲器和多組鏡頭。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于地面全景地 圖的采集，系統(tǒng)采用的控制系統(tǒng)及多組CCD魚眼鏡頭，成本高、體積大，不滿足微納衛(wèi)星質(zhì) 量體積等方面的要求，且多組CCD鏡頭同時工作采集圖像，功耗高，不適于微納衛(wèi)星領(lǐng)域的 圖像采集。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有圖像采集系統(tǒng)功耗高的不足，本發(fā)明提供一種面向微納星的多路微 圖像采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括FPGA控制模塊、多路微型相機模塊、存儲模塊和圖像后續(xù)處理 模塊。所述FPGA控制模塊采用FLASH型FPGA結(jié)構(gòu)，在低功耗工作情況下，完成圖像數(shù)據(jù)采 集與處理的整體控制。所述多路微型相機模塊，由多個微型相機組成，安裝時分別朝向不同 方位以采集全方位的環(huán)境信息。所述存儲模塊，由兩片SDRAM和EPCS組成，用于相應(yīng)圖像數(shù) 據(jù)的緩存及程序的存儲。所述圖像后續(xù)處理模塊，由DA轉(zhuǎn)換器、SD卡接口、無線傳輸模塊和 VGA接口組成，用于采集到圖像的存儲，顯示或傳輸。相比于【背景技術(shù)】，本發(fā)明選取的FPGA、 微型相機等器件可以降低功耗，且本發(fā)明針對微納衛(wèi)星中功耗的不同要求設(shè)計了三種工作 模式，包括單相機工作、多相機工作和輪循工作模式，用戶可根據(jù)功耗要求及環(huán)境信息需求 權(quán)衡選擇工作模式。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種面向微納星的多路微圖像采集 系統(tǒng)，其特點是包括FPGA控制模塊、多路微型相機模塊、存儲模塊和圖像后續(xù)處理模塊。所 述FPGA控制模塊內(nèi)部用HDL硬件描述語言寫一個I2C控制器，通過查表的方式將參數(shù)寫入 相機寄存器，利用I2C控制器對多路相機進行初始化配置。初始化完畢后，設(shè)置圖像采集模 式，通道切換邏輯選擇多路微型相機模塊中多個或單個相機進行工作，未被選中的相機進 入休眠狀態(tài)。單相機、多相機或者輪循拍照由選擇采集通道實現(xiàn)，通道選擇由多選一選擇器 和2-4譯碼器構(gòu)成，用于選擇多路PCLK信號和控制多路PWDN信號。根據(jù)相機接口電路設(shè) 計，控制相機的待機選擇管腳PWDN使其處于工作狀態(tài)或掉電狀態(tài)。根據(jù)相機輸出數(shù)據(jù)的時 序，對數(shù)據(jù)總線進行采樣，利用兩個計數(shù)器分別對圖像的列和行進行計數(shù)，確定每個像素點 的位置，逐個對RAW格式的圖像數(shù)據(jù)進行采集，然后向FPGA控制模塊輸出RAW格式的圖像 數(shù)據(jù)信號。將采集到的RAW圖像格式轉(zhuǎn)換成顯示需要的RGB格式。所述圖像后續(xù)處理模塊 由DA轉(zhuǎn)換器、VGA接口、SD卡和無線傳輸模塊組成。FPGA控制模塊中的VGA顯示控制模塊 同時通過輸出FIFO讀出SDRAMl里的圖像數(shù)據(jù)，驅(qū)動DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，通過VGA 接口實時顯示圖像。SD卡通過NiosII處理器保存拍攝到的圖像，當(dāng)系統(tǒng)上電后，F(xiàn)PGA從外 部配置芯片EPCS自動加載程序到SDRAM2中運行，軟件先執(zhí)行中斷初始化，在FATFS模塊上 注冊一個工作區(qū)，等定時時間結(jié)束后，將當(dāng)前相機在SDRAMl中的RGB圖像轉(zhuǎn)換成位圖格式， 并保存至SD卡中。將拍攝到的圖像通過壓縮芯片ADV212壓縮，然后通過無線傳輸模塊傳 輸?shù)浇邮赵O(shè)備。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)包括FPGA控制模塊、多路微型相機模塊、存儲模塊 和圖像后續(xù)處理模塊。所述FPGA控制模塊采用FLASH型FPGA結(jié)構(gòu)，在低功耗工作情況下， 完成圖像數(shù)據(jù)采集與處理的整體控制。所述多路微型相機模塊，由多個微型相機組成，安裝 時分別朝向不同方位以采集全方位的環(huán)境信息。所述存儲模塊，由兩片SDRAM和EPCS組成， 用于相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的緩存及程序的存儲。所述圖像后續(xù)處理模塊，由DA轉(zhuǎn)換器、SD卡接口、 無線傳輸模塊和VGA接口組成，用于采集到圖像的存儲，顯示或傳輸。相比于【背景技術(shù)】，本 發(fā)明選取的FPGA、微型相機等器件降低了功耗，同時縮小了系統(tǒng)的體積，且本發(fā)明針對微納 衛(wèi)星中功耗的不同要求設(shè)計了三種工作模式，包括單相機工作、多相機工作和輪循工作模 式，用戶可根據(jù)功耗要求及環(huán)境信息需求權(quán)衡選擇工作模式。
[0008] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明面向微納星的多路微圖像采集系統(tǒng)的工作流程圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明面向微納星的多路微圖像采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明系統(tǒng)一次循環(huán)多路微型相機采集到的圖像。
[0012] 圖4是將本發(fā)明系統(tǒng)搭載于六旋翼飛行器于飛行中采集到的圖像（一次循環(huán)拍 照）。
[0013] 圖5是【背景技術(shù)】全景影像無人機采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0014] 以下實施例參照圖1-4。
[0015] 本發(fā)明面向微納星的多路微圖像采集系統(tǒng)包括FPGA控制模塊、多路微型相機模 塊、存儲模塊、圖像顯示模塊、圖像存儲模塊及圖像無線傳輸模塊、按鍵、LED燈及電源模塊。
[0016] 本發(fā)明首先需要根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)指標需求進行相關(guān)器件選型，并基于FPGA平臺 設(shè)計硬件電路。由FPGA控制模塊統(tǒng)籌控制其余各個模塊。系統(tǒng)上電工作后，F(xiàn)PGA從外部配 置芯片（EPCS)自動加載配置程序。首先通過I2C控制器對四路相機進行初始化配置，并選 擇相機工作模式，設(shè)置相機進入工作或休眠狀態(tài)-處于激活狀態(tài)的相機按時序向FPGA輸出RAW格式視頻數(shù)據(jù)信號，同時FPGA將RAW格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RGB格式并將其通過輸入FIFO 存入SDRAMl中，緩存在SDRAMl中的圖像根據(jù)不同的系統(tǒng)工作模式選擇相應(yīng)的后續(xù)處理方 式，包括VGA接口顯示、SD卡存儲、無線傳輸模塊傳回接收端設(shè)備。
[0017] 具體實施過程如下：
[0018] (I)FPGA對微型相機的初始化配置。
[0019