專利名稱：航空影像信息篩檢處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空電子領(lǐng)域，涉及一種航空飛行器對(duì)地面影像信息篩檢處理 器，能夠?qū)崿F(xiàn)電子穩(wěn)像、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及圖像壓縮功能。
背景技術(shù)：
航空飛行器影像數(shù)據(jù)以其直觀、信息量豐富、可讀性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，使它 既是基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)產(chǎn)品的重要組成部分，又是獲取地面戰(zhàn)術(shù)情報(bào)的基本和有效 手段。
航空飛行器獲取地面光學(xué)影像后，如何進(jìn)行有效的處理將這些影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為有效的信息數(shù)據(jù)，是應(yīng)用的關(guān)鍵。
目前，通用的航空飛行器攝像系統(tǒng)是在動(dòng)基座上進(jìn)行工作，由于使用環(huán)境 因素的影響、載體的姿態(tài)變化等原因會(huì)導(dǎo)致輸出圖像質(zhì)量的下降，比較典型的 是圖像幀內(nèi)模糊和幀間不穩(wěn)定。若想獲得穩(wěn)定清晰的視頻圖像，必須消除圖像 不穩(wěn)定因素，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的捕獲、識(shí)別提供穩(wěn)定的圖像序列。航空飛行器，如直升機(jī)、無(wú)人偵察機(jī)等，在視頻采集端得到了抖動(dòng)的圖像， 由于這些圖像抖動(dòng)劇烈，在后端無(wú)法進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息獲取或情報(bào)偵察，所以 在航空影像領(lǐng)域急需一種對(duì)前端視頻采集防抖動(dòng)的設(shè)備，同時(shí)，又能夠?qū)⒑蠖?處理集成在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決在航空影像信息獲取過(guò)程中獲取圖像不穩(wěn)定清晰的 問(wèn)題，提供一種適合于航空飛行器的影像篩檢處理器，使用專用硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)的航空影像信息篩檢，能夠較好的從視頻采集系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)影像信息并對(duì) 其進(jìn)行圖像處理，最終獲得穩(wěn)定清晰的視頻圖像。
本發(fā)明主要是使用專用硬件平臺(tái)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)航空影像信息篩檢。處理器功能 包括電子穩(wěn)像、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及穩(wěn)像后圖像數(shù)據(jù)壓縮，能夠?qū)娇诊w行器光學(xué)影 像進(jìn)行防抖處理、偵査可疑運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，同時(shí)串口輸出壓縮圖像。
本發(fā)明由電源模塊、圖像采集模塊、電子穩(wěn)像模塊、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、圖像壓縮模塊、圖像模擬顯示模塊、串口模塊組成。
航空影像信息篩檢器輸入為PAL制式模擬圖像，輸出為PAL制式模擬 圖像信號(hào)以及串行壓縮數(shù)據(jù)。供電電壓為直流12V，功率小于8瓦。篩檢器大 小為240mmX170mmX50mm，總重量小于3kg，能夠工作在工業(yè)級(jí)環(huán)境下。
電源模塊負(fù)責(zé)為其他各個(gè)模塊供電。
圖像采集模塊負(fù)責(zé)將從視頻采集系統(tǒng)獲取到的PAL制式模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù) 字圖像，將數(shù)字圖像輸入到電子穩(wěn)像模塊。
電子穩(wěn)像模塊負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正，得到穩(wěn) 定圖像。因?yàn)閺膱D像采集模塊轉(zhuǎn)換到的數(shù)字圖像，因航空飛行器飛行不穩(wěn)定或 大氣湍流影響導(dǎo)致視頻采集系統(tǒng)采集到的圖像信息出現(xiàn)幀內(nèi)模糊和幀間不穩(wěn)定 現(xiàn)象，所以要對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行校正處理。處理后得到的穩(wěn)定的圖像分別輸入到 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊和圖像壓縮模塊。
作為電子穩(wěn)像中的一環(huán)，圖像匹配是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)像功能的關(guān)鍵，決定動(dòng)目標(biāo)檢 測(cè)、圖像壓縮的效果。為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正， 電子穩(wěn)像模塊中采用了角點(diǎn)匹配的方法，實(shí)現(xiàn)了高精度圖像匹配；同時(shí)對(duì)成像 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行濾波處理，從而保證視覺效果。
動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)在穩(wěn)定圖像中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并在穩(wěn)定圖像中標(biāo)識(shí)出 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，處理后的圖像可以讓工作人員通過(guò)目標(biāo)的標(biāo)識(shí)直接判別出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。 之后，將處理后得到的圖像輸入到圖像模擬顯示模塊。動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)使用幀間圖 像差分、腐蝕和膨脹、快速目標(biāo)聚類的方法，可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)， 具有極高檢測(cè)概率。
圖像壓縮模塊負(fù)責(zé)將穩(wěn)定圖像進(jìn)行壓縮，得到圖像的壓縮編碼。因?yàn)閳D像 數(shù)據(jù)量較大，不適合數(shù)據(jù)傳輸，所以需要將圖像進(jìn)行壓縮編碼處理。壓縮編碼 輸入到串口模塊。系統(tǒng)中采用專用的圖像壓縮芯片，避免了以往集中在處理器 或計(jì)算機(jī)上不能實(shí)時(shí)處理、硬件開銷大的缺點(diǎn)。
圖像模擬顯示模塊負(fù)責(zé)將從動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊處理得到的圖像進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn) 換，使之能夠進(jìn)行輸出顯示。
串口模塊負(fù)責(zé)將壓縮編碼進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后得到的信號(hào)進(jìn)行輸出。
本發(fā)明提出的航空影像信息篩檢處理器，其工作流程如圖1所示。首先， 從視頻采集系統(tǒng)獲取到的PAL制式模擬圖像，經(jīng)過(guò)圖像采集模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖 像。然后，數(shù)字圖像輸入到電子穩(wěn)像模塊，經(jīng)過(guò)處理后，得到了穩(wěn)定的圖像。 再次，穩(wěn)定的圖像輸入到動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，將處理后的 圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換模擬輸出，與此同時(shí)，穩(wěn)定的圖像進(jìn)行壓縮，壓縮后得到的圖像編碼，通過(guò)串口輸出。 有益效果
本發(fā)明提出的航空影像信息篩檢器，是集電子穩(wěn)像、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及圖像壓 縮功能于一體，適用航空環(huán)境下獲取地理信息或地面情報(bào)信息，具有易操作、
更精確、更靈活、體積小及功耗小等特點(diǎn)；擺脫了利用機(jī)械穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定 獲取影像的束縛，增加航空平臺(tái)的有效載荷，技術(shù)更加可靠、有效；設(shè)計(jì)的系 統(tǒng)具有極大的靈活性，可應(yīng)用于多種航空飛行器系統(tǒng)中，能夠監(jiān)測(cè)多種復(fù)雜地 面環(huán)境，對(duì)地理信息獲取、航空飛行器偵察等都將產(chǎn)生積極的影響。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成及信號(hào)流程圖;
圖2為本發(fā)明的電源模塊框圖3為本發(fā)明的圖像采集模塊框圖4為本發(fā)明的電子穩(wěn)像模塊框圖5為本發(fā)明的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊框圖6為本發(fā)明的圖像壓縮模塊框圖。
圖7為本發(fā)明的圖像模擬顯示模塊框圖;
圖8為本發(fā)明的串口模塊框圖9為本發(fā)明的硬件框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖以及具體的例子對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明應(yīng)用在航空飛行器影像信息篩檢系統(tǒng)中，主要由電源模塊、圖像采 集模塊、電子穩(wěn)像模塊、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、圖像壓縮模塊、圖像模擬顯示模塊、 串口模塊等部分組成，完成電子穩(wěn)像、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及圖像數(shù)據(jù)壓縮功能。
電源模塊由二級(jí)電源轉(zhuǎn)換構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖見圖2。外部電源為直流12V， 電源模塊采用開關(guān)電源將12V轉(zhuǎn)換為3.3V， 1.5V， 1.4V直流電源，3.3V再通過(guò) 線性電源得到2.5V、 1.8V直流電源。第一級(jí)用開關(guān)電源PTH08080,第二級(jí)用 線性電源TPS79601。
圖像采集模塊，見圖3。 PAL制式模擬視頻，通過(guò)SMA-KFD接口，再經(jīng)過(guò) 圖像采集芯片SAA7113得到720X576的奇偶場(chǎng)數(shù)字圖像，幀頻為25Hz。在FPGA內(nèi)對(duì)圖像進(jìn)行抽取，獲得每幀320X240的圖像，通過(guò)EMIF總線傳遞給 DSP_A。
電子穩(wěn)像模塊。電子穩(wěn)像在DSP—A中實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)像處理流程見圖4?；诮?點(diǎn)檢測(cè)的圖像匹配的目的是要從視頻序列中找出圖像抖動(dòng)的規(guī)律，對(duì)視頻進(jìn)行 防抖處理?；诤娇毡尘跋碌膱D像穩(wěn)像，采用六參數(shù)仿射運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)圖像進(jìn) 行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正。運(yùn)動(dòng)平滑對(duì)圖像運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行濾波，獲得緩 慢平滑的圖像。電子穩(wěn)像模塊解決圖像因平移、旋轉(zhuǎn)、縮放造成的圖像不完成 現(xiàn)象，能夠獲得穩(wěn)定的圖像。
動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊。動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)在DSP一B中實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)流程見圖5。動(dòng)目標(biāo) 檢測(cè)是在電子穩(wěn)像后進(jìn)行處理的。幀間差分是在圖像序列中將目標(biāo)和背景分開。 膨脹和腐蝕處理是圖像形態(tài)學(xué)的方法，從背景中提取出目標(biāo)，得到目標(biāo)點(diǎn)。目 標(biāo)聚類是將圖像序列中孤立的目標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái)，建立起目標(biāo)鏈。該算法組合能 夠檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，具有極高的檢測(cè)概率。動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)后的圖像傳 給圖像模擬顯示模塊。
圖像壓縮模塊是使利用ADI公司的ADV202芯片對(duì)圖像進(jìn)行JPEG2000壓 縮。壓縮由FPGA控制，見圖6。圖像經(jīng)FPGA通過(guò)ADV202的VDATA總線輸 入壓縮芯片，壓縮數(shù)據(jù)通過(guò)HDATA總線輸出，同時(shí)FPGA通過(guò)HDATA總線對(duì) ADV202進(jìn)行配置。
圖像模擬顯示模塊對(duì)處理后的320X240圖像重構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)PAL制式格式，以 致于能夠由ADV7179顯示，見圖7。 FPGA對(duì)圖像進(jìn)行重構(gòu)，ADV7179負(fù)責(zé)將 數(shù)字圖像轉(zhuǎn)為模擬圖像。
串口模塊將壓縮數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換后，通過(guò)RS422電氣標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送出去。關(guān)系見 圖8。 FPGA負(fù)責(zé)并串轉(zhuǎn)換，MAX3077負(fù)責(zé)將LVT/C電平轉(zhuǎn)換為RS422差分電 平。串行壓縮數(shù)據(jù)速率最大為16Mb/s。
圖9是航空影像信息篩檢器的硬件框圖。
本發(fā)明在航空飛行器上工作。如航空飛行器偵査公路汽車時(shí)，由飛行器上 的攝像頭輸入PAL制式模擬圖像，得到穩(wěn)定的圖像，并且在圖像中標(biāo)識(shí)運(yùn)動(dòng)的 汽車，同時(shí)串口輸出圖像壓縮編碼，可與其他的遙測(cè)系統(tǒng)連接，無(wú)線傳輸?shù)降?面。
下面以某型無(wú)人飛機(jī)獲取地面一條公路上的路面情況為例，說(shuō)明本處理器 的工作原理。
當(dāng)無(wú)人機(jī)飛臨公路上空時(shí)，無(wú)人機(jī)上的視頻采集系統(tǒng)將首先獲取相應(yīng)的 PAL制式模擬圖像，并將該圖像信息傳送給安裝在無(wú)人機(jī)上的航空影像信息篩檢處理器。處理器中的圖像采集模塊將從視頻采集系統(tǒng)獲取到的PAL制式模擬 圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并將數(shù)字圖像輸入到電子穩(wěn)像模塊。
電子穩(wěn)像模塊對(duì)接收到的數(shù)字圖像進(jìn)行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正，得 到穩(wěn)定圖像，并將處理后得到的穩(wěn)定的圖像分別輸入到動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊和圖像 壓縮模塊。為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正，電子穩(wěn)像模 塊中采用角點(diǎn)匹配的方法，實(shí)現(xiàn)高精度圖像匹配；同時(shí)，對(duì)成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌 跡進(jìn)行濾波處理，保證視覺效果。
動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊在穩(wěn)定圖像中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，如車輛、行人等，并在穩(wěn)定 圖像中標(biāo)識(shí)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，處理后的圖像可以讓工作人員通過(guò)目標(biāo)的標(biāo)識(shí)直接判 別出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。之后，將處理后得到的圖像輸入到圖像模擬顯示模塊。動(dòng)目標(biāo) 檢測(cè)使用幀間圖像差分、腐蝕和膨脹、快速目標(biāo)聚類的方法，實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)對(duì)多 個(gè)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。
圖像壓縮模塊將穩(wěn)定圖像進(jìn)行壓縮，得到圖像的壓縮編碼，并將壓縮編碼 輸入到串口模塊。
圖像模擬顯示模塊將從動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊處理得到的圖像進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使 之能夠進(jìn)行輸出顯示。
串口模塊將壓縮編碼進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后得到的信號(hào)輸出到地面無(wú) 線接收站。
權(quán)利要求
1、航空影像信息篩檢處理器，其特征在于，包括電源模塊、圖像采集模塊、電子穩(wěn)像模塊、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、圖像壓縮模塊、圖像模擬顯示模塊和串口模塊，其中電源模塊負(fù)責(zé)為其他各個(gè)模塊供電；圖像采集模塊負(fù)責(zé)將從視頻采集系統(tǒng)獲取到的PAL制式模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，將數(shù)字圖像輸入到電子穩(wěn)像模塊；電子穩(wěn)像模塊負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行水平、旋轉(zhuǎn)、縮放三方面校正，得到穩(wěn)定圖像，之后將得到的穩(wěn)定圖像分別輸入到動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊和圖像壓縮模塊；動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)在穩(wěn)定圖像中檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并在穩(wěn)定圖像中標(biāo)識(shí)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，之后，將處理后得到的圖像輸入到圖像模擬顯示模塊；圖像壓縮模塊負(fù)責(zé)將穩(wěn)定圖像進(jìn)行壓縮，得到圖像的壓縮編碼，之后，將壓縮編碼輸入到串口模塊；圖像模擬顯示模塊負(fù)責(zé)將從動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊處理得到的圖像進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使之能夠進(jìn)行輸出顯示；串口模塊負(fù)責(zé)將壓縮編碼進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后得到的信號(hào)進(jìn)行輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的航空影像信息篩檢處理器，其特征在于電子穩(wěn)像 模塊中采用角點(diǎn)匹配的方法，實(shí)現(xiàn)高精度圖像匹配。
3、 如權(quán)利要求1所述的航空影像信息篩檢處理器，其特征在于電子穩(wěn)像 模塊中對(duì)成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行濾波處理。
4、 如權(quán)利要求1所述的航空影像信息篩檢處理器，其特征在于動(dòng)目標(biāo)檢 測(cè)模塊中，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)使用幀間圖像差分、腐蝕和膨脹、快速目標(biāo)聚類的方法，
全文摘要
本發(fā)明提出的航空影像信息篩檢處理器，屬于航空電子領(lǐng)域。本發(fā)明包括電源模塊、圖像采集模塊、電子穩(wěn)像模塊、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、圖像壓縮模塊、圖像模擬顯示模塊、串口模塊。篩檢器輸入為PAL制式模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)圖像采樣模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，再由電子穩(wěn)像模塊對(duì)圖像進(jìn)行防抖處理，防抖后的圖像一路進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)圖像模擬顯示模塊輸出PAL制式圖像，另一路進(jìn)行圖像壓縮，經(jīng)過(guò)串口模塊輸出壓縮數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有低功耗、高靈活性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，結(jié)合各行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)處理與分析軟件系統(tǒng)，可滿足公安、交通、安監(jiān)、國(guó)土、海洋、石油、水利、電力、城建、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)保等諸多行業(yè)空中巡視以及應(yīng)對(duì)突發(fā)性事件的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101431677SQ20081022755
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者佳 劉, 磊 盧, 李曉瓊, 鄒瑞濱 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)