面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器及处理方法技术

本发明专利技术公开了一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，包括第一图像处理单元、接口模块和电源转换模块；第一图像处理单元包括运算模块和存储模块；存储模块用于存储待检测区域的实时遥感图像数据和底图数据；运算模块包括分别与存储模块电性连接的FPGA模块和DSP模块；FPGA模块通过EMIF总线和DSP模块通信；FPGA模块用于完成对待检测区域的实时遥感图像数据的接收和输出；DSP模块用于对FPGA模块输出的遥感图像数据进行目标检测、特征提取和定位解算。本发明专利技术具有低功耗和检测效率高的特点，能够适应恶劣的星上环境。

【技术实现步骤摘要】
面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器及处理方法
本专利技术涉及数字图像处理
，更具体的说是涉及一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器及处理方法。
技术介绍
太空探索与利用是人类的一项重要活动，在众多太空探索与利用的技术中，遥感技术以其在一个国家的经济建设、国土防卫和科学研究等方面的重要价值而倍受青睐。目前，国内外相继实现了星上实时处理技术，但是，实现星上的实时处理会遇到处理设备的专用处理能力与灵活通用性的权衡问题。众所周知，专用芯片面向单一的专用功能进行定制化设计，处理能力强并且处理效率极高，比如ASIC、ASSP等。但它的通用性较低，当星上处理的功能需求发生改变时，需要重新开发。而通用芯片，虽能够胜任各种复杂任务，比如英特尔的酷睿处理器、AMD的A系列APU(加速处理单元)和ARM的Cortex系列、M系列处理器等微处理器，但它的专用性不强，当进行大尺寸图像的处理时效率比较低下，而且性能功耗比很低。另外，GPU、FPGA虽然在专用处理能力、通用性方面都有优势，但是当星上图像处理功能需求发生改变时，FPGA配置文件的重新开发与部署同样需要耗费大量的人力、物力，而GPU的性能功耗比也不占优势。所以摸索一套面向星上遥感图像实时处理的通用性较强的架构显得尤为重要，具有一定通用性的星载实时处理器架构可以提高整系统的处理性能、兼容性和可拓展性。图像处理已广泛地渗透到了临床病理分析、脑神经科学、智能交通、人流密集公共场所安防监控、体育赛事、空天遥感、国防军工等人类生产生活的各方各面。面向图像处理的可重构技术、通用性架构、图像处理高级抽象等技术在地面系统中已经取得了部分研究成果。综合上面提到的两个方面，将一些在地面上已经成熟的图像处理通用性架构技术运用在星上实时处理设备具有诱人的应用前景。从实际应用的角度出发，此通用型架构可以增强后续遥感图像任务的处理能力，使其在农作物估产、水利规划、资源勘探、农林资源管理、灾情预警检测和气候科学研究等方面发挥更重要的作用，提升一个国家遥感技术的核心竞争力。从计算机体系结构学术研究的角度出发，由于空间环境下的电子设备具有性能、体积、重量、功耗和容错性等方面的严格约束，实现星载遥感图像实时处理通用性架构可以为其它空间探索应用的处理器设计提供一套方法。随着遥感成像技术的飞速发展，卫星图像的空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率越来越高，直接导致卫星下传数据量急剧增加，星上受限的硬件资源且环境恶劣，加上遥感图像数据量急剧增加，为星上海域目标检测技术的研究带来了巨大挑战。尤其高分卫星群的发射，高空间分辨率、大幅宽遥感图像快速增长，对图像处理速度的要求越来越高。硬件资源的增长跟不上图像精度的提高，这为星上目标检测的快速实现带来更高的要求。在此背景下，深入分析遥感图像的成像特征，研究一种面向星上的高效的目标检测算法，搭建高性能星在图像处理器结构对国家经济及军事安全具有重要应用价值。由于星上海域目标检测算法处理的数据量大、算法复杂度高，对系统的实时性提出很高的要求。应以硬件加速为出发点，综合考虑功耗、成本、研发周期等因素，研究适合图像压缩的硬件实现方式。由于舰船检测算法过程相对比较复杂，当在嵌入式硬件平台上实现时，需要消耗大量的存储、计算单元，这就对硬件平台提出了较高的要求。因此，面对海量的遥感图像数据，如何提供一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器及处理方法已成为本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器及处理方法，能够对图像进行接收、缓存、分发、预处理和目标检测，具有低功耗和检测精度高的特性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其分别连接数传分系统、星务分系统和供电分系统，所述图像处理器包括：第一图像处理单元、接口模块和电源转换模块；所述电源转换模块分别与所述供电分系统和所述第一图像处理单元连接；所述接口模块分别与所述数传分系统和所述所述第一图像处理单元连接；所述第一图像处理单元通过CAN总线与所述星务分系统通信连接；所述第一图像处理单元包括运算模块和存储模块；所述存储模块用于存储待检测区域的实时遥感图像数据和底图数据；所述运算模块包括分别与所述存储模块电性连接的FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块通过EMIF总线和DSP模块通信；所述FPGA模块用于完成对待检测区域的实时遥感图像数据的接收和输出；所述DSP模块用于对所述FPGA模块输出的遥感图像数据进行目标检测、特征提取和定位解算。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术FPGA模块作为第一图像处理单元的核心处理模块，完成不同应用场景的数据处理和接口模块的数据传输。DSP模块用于第一图像处理单元作为定位解算的核心处理模块，FPGA模块根据CAN总线指令，控制随机切换遥感图像种类的加载程序，并对数据进行处理，FPGA通过EMIF总线和DSP进行通信，DSP完成定位解算，将结果回传给FPGA进行输出，最终再根据指令，FPGA完成切片数据回传，能够适应星上恶劣的环境。优选的，在上述一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器中，还包括第二图像处理单元，所述第二图像处理单元与所述第一图像处理单元的结构相同；所述第二图像处理单元分别与所述数传分系统、所述星务分系统和所述电源转换模块电性连接；所述第一图像处理单元用于接收待检测区域的实时遥感图像数据的主份数据；所述第二图像处理单元用于接收待检测区域的实时遥感图像数据的备份数据。第二图像处理单元能够对实时遥感图像数据进行备份，能够避免数据丢失，同时能够避免因第一图像处理单元损坏影响图像处理器的正常工作。优选的，在上述一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器中，所述FPGA模块包括K7FPGA模块和ActelFPGA模块；所述K7FPGA模块用于完成对遥感图像数据的处理、控制所述接口模块的数据传输以及CAN总线指令的解析与应答；所述ActelFPGA模块外挂3个SPIFlash芯片，用于负责所述K7FPGA模块程序的加载和更新。为了满足红外图像处理和微光图像处理，针对不同数据的处理，将FLASH地址分区，每个存储空间对应存储不同的功能。K7FPGA通过CAN总线接收到指令，反馈给ActelFPGA模块，ActelFPGA模块选取FLASH对应地址的程序进行动态切换程序加载。ActelFPGA模块管理K7FPGA模块的上注更新的程序，首先K7FPGA模块通过CAN总线接收更新的K7FPGA模块的程序，传输给ACTCLFPGA模块，ActelFPGA模块将更新的程序存储对应的FLASH空间中优选的，在上述一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器中，所述接口模块包括1个LVDS输入接口、1个高速串行2711接口和1个LVDS输出接口；所述LVDS输入接口用于接收所述数传分系统输出的红外图像数据；所述高速串行2711接口用于接收所述数传分系统输出的微光图像数据；所述LVDS输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其分别连接数传分系统、星务分系统和供电分系统，其特征在于，所述图像处理器包括：第一图像处理单元、接口模块和电源转换模块；所述电源转换模块分别与所述供电分系统和所述第一图像处理单元连接；所述接口模块分别与所述数传分系统和所述所述第一图像处理单元连接；所述第一图像处理单元通过CAN总线与所述星务分系统通信连接；/n所述第一图像处理单元包括运算模块和存储模块；所述存储模块用于存储待检测区域的实时遥感图像数据和底图数据；/n所述运算模块包括分别与所述存储模块电性连接的FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块通过EMIF总线和DSP模块通信；所述FPGA模块用于完成对待检测区域的实时遥感图像数据的接收和输出；所述DSP模块用于对所述FPGA模块输出的遥感图像数据进行目标检测、特征提取和定位解算。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其分别连接数传分系统、星务分系统和供电分系统，其特征在于，所述图像处理器包括：第一图像处理单元、接口模块和电源转换模块；所述电源转换模块分别与所述供电分系统和所述第一图像处理单元连接；所述接口模块分别与所述数传分系统和所述所述第一图像处理单元连接；所述第一图像处理单元通过CAN总线与所述星务分系统通信连接；
所述第一图像处理单元包括运算模块和存储模块；所述存储模块用于存储待检测区域的实时遥感图像数据和底图数据；
所述运算模块包括分别与所述存储模块电性连接的FPGA模块和DSP模块；所述FPGA模块通过EMIF总线和DSP模块通信；所述FPGA模块用于完成对待检测区域的实时遥感图像数据的接收和输出；所述DSP模块用于对所述FPGA模块输出的遥感图像数据进行目标检测、特征提取和定位解算。


2.根据权利要求1所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其特征在于，还包括第二图像处理单元，所述第二图像处理单元与所述第一图像处理单元的结构相同；所述第二图像处理单元分别与所述数传分系统、所述星务分系统和所述电源转换模块电性连接；所述第一图像处理单元用于接收待检测区域的实时遥感图像数据的主份数据；所述第二图像处理单元用于接收待检测区域的实时遥感图像数据的备份数据。


3.根据权利要求1所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其特征在于，所述FPGA模块包括K7FPGA模块和ActelFPGA模块；所述K7FPGA模块用于完成对遥感图像数据的处理、控制所述接口模块的数据传输以及CAN总线指令的解析与应答；所述ActelFPGA模块外挂3个SPIFlash芯片，用于负责所述K7FPGA模块程序的加载和更新。


4.根据权利要求1所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其特征在于，所述接口模块包括1个LVDS输入接口、1个高速串行2711接口和1个LVDS输出接口；所述LVDS输入接口用于接收所述数传分系统输出的红外图像数据；所述高速串行2711接口用于接收所述数传分系统输出的微光图像数据；所述LVDS输出接口用于将图像处理完成的结果上传至所述数传分系统。


5.根据权利要求1所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其特征在于，所述存储模块包括3个Flash存储芯片；其中，1个所述Flash存储芯片用于存储所述遥感图像数据的GIS数据，另外2个所述Flash存储芯片用于存储所述底图数据。


6.根据权利要求1所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器，其特征在于，所述供配电系统用于为所述电源转换模块供电，并控制所述电源转换模块的开启或关闭；
所述星务分系统通过CAN总线分别与所述第一图像处理单元和所述第二图像处理单元通信，并发送广播数据；
所述数传系统用于采集待检测区域的遥感图像数据，并通过所述接口模块将所述遥感图像数据转发至所述第一图像处理单元和所述第二图像处理单元。


7.一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理方法，适用于如权利要求1-6任一项所述的一种面向遥感图像目标特性识别的星载图像处理器；其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、与所述星务分系统进行CAN总线通信，获取所述星务分系统发送的指...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宏旭，缪锐，李波，曹海恒，张存广，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11