[发明专利]大视场可见红外双通道相机实时图像采集方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及光电仪器技术，具体指一种大视场可见和红外双通道相机图像采集方法及其系统，它直接应用于类似的双通道相机成像任务中。

背景技术

各种探测器的成像机理各不相同，例如红外探测器是利用目标的红外辐射能力将目标和背景的温差用不同的灰度级体现在红外图像中，而可见光探测器是利用目标对可见光的反射量来决定图像的灰度值。本发明中应用到的TDI-CCD，利用噪声信号非相干相加、有用信号线性相加的原理，能够在微光的场合得到可见光图像。包含多通道探测器的大视场相机，可以在更广阔的空间和时间范围探测到目标，应用前景十分广泛。因此，在数据上传参数不同的前提下同步采集相机中多通道探测器的图像是解决这类问题的关键技术。

目前，单一探测器的图像采集过程一般分为以下几步：电流信号经过探测器中的读出电路转换成电压信号；经过放大电路将电压值放大到合适的范围，经过A/D转换器转换成数字信号；将串行的数字信号转换为并行的适合于上传和存储的字或字节，经过特定的采集设备(PCI/USB等)采集上传至上位机；上位机软件接收和处理图像数据。当同一相机中用到两通道或多路探测器实时采集和传输时，前面两个步骤基本不变，由于大视场的要求，光学系统采用共光路的设计，两通道探测器为了达到实时的采集，需要在后面两步中同步两通道图像数据。

本发明中两类探测器数据的不同步表现在：

(1)驻留时间不同：红外探测器的驻留时间长于TDI-CCD。TDI-CCD中电荷从N级到N+1级的转移时间必需等于驻留时间，且由任务和器件本身决定，不可随意更改。

(2)行数据率不同：红外探测器采用的是2048元长线列器件，TDI-CCD采用的是4096元可见光探测器。两者统一加上200BYTE行头，行数据量不同。

(3)数据读出频率不同：红外探测器串行数据读出频率低于TDI-CCD，由系统本身所决定，且红外、可见的数据读出频率可变，可根据要求进行调节。

按照常规的传输方式，上述三个指标存在的差异不可避免会造成有效数据丢失的情况。解决上述三方面的不同给实时采集两通道探测器图像带来的问题是本发明的一项关键技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大视场多通道相机中同步不同类型探测器的数据上传和接收的方法，并从整体构建双波段图像采集的软件和硬件并存的系统，解决了大视场相机中数据不同步、码率各异的两类探测器的高速实时同步采集和显示的问题。

本发明双通道图像采集系统的技术方案为：红外探测器和TDI-CCD探测器输出的模拟信号经过探测器驱动板的A/D转换和格式编排之后成为两通道独立的串行数字信号，由LVDS差分输出；经图像采集板的LVDS接收后，图像采集板中的FPGA将两通道数据转换为以字节为单位图像数据，采用流水线方式同步两通道数据；上位机中安装PCI7300A采集卡，同步后的两通道数据由图像采集板的PCI连接件上传至上位机，上位机软件负责实时接收和处理两通道图像数据。其中，图像采集板和上位机软件共同协调来完成两通道探测器数据的同步。

本发明中图像采集板的同步技术方案步骤分为：

S1.1、图像采集板的LVDS同时接收探测器驱动板输出的两通道探测器的3组差分信号，包括时钟信号、使能信号和串行数字信号，输入图像采集板的FPGA中。

S1.2、FPGA接收转换后的单端TTL信号后，分别将两通道串行数据转换为字节的形式。

S1.3、两通道分别检测行头，当行头到来时，将并行数据输入FPGA中各自开辟的异步FIFO缓冲区存储。

S1.4、两通道上传的阈值分别设为相应每行数据量(可见光通道上传的阈值设为4096+200字节，红外通道设为2048+200字节)，两通道上传的实际量为其中较大阈值的数据量。当任意一个缓冲区的数据达到各自设定的阈值时，数据未达到的通道保留有效数据，用无效数据上传。当为红外通道先达到自身阈值时，红外通道的有效数据后还需添加无效数据才能凑齐至上传量。这样的流水线结构的目的是使两通道数据拼凑成双字形式，利于32位的PCI采集卡同时上传。

S1.5、并行的32位数据由FPGA给定的触发信号PCI_TRG和时钟PCI_REQ，经过PCI7300A采集卡采用外部触发模式上传至上位机。

本发明中上位机软件的同步技术方案步骤分为：

S2.1、开启数据采集主线程。初始化PCI-7300A卡的硬件和软件状态，为采集卡分配并初始化相关内存区域，确定数据采集的触发方式和采集模式，并分配暂存的数据多缓冲区。