感光胶片式照相枪数字化成像关键技术的研究

论文摘要

航空照相枪是一种安装在飞机上(机翼、机头或座舱里)的小型电影摄影机,是飞机上记录射击效果的设备。目前国内的战斗机上装备的航空照相枪都使用感光胶片式暗盒记录信息,但是胶片暗盒已经无法满足目前部队飞行训练的要求,主要存在判读环境受限制、判读精度低、工作可靠性差、效率低、胶片成本高等问题,这些问题在一定程度上影响了训练质量。针对航空照相枪特定的使用环境和功能要求,本论文研究设计了一种兼容原有胶片式航空照相枪成像系统的嵌入式数字影像暗盒。这种数字影像暗盒可以取代感光胶片式暗盒,实现记录飞机训练或作战信息的功能。记录射击信息的数字影像可以有效地提高判读效率、精度,并为计算机自动判读奠定基础。数字影像暗盒成像分辨率可达百万象素,图像采集速率每秒钟10帧。本论文采用4片闪存分时存储数据的方法,实现无缓存无压缩实时存储,内嵌闪存总容量达到512兆字节。为避免飞机强电、强电磁造成的干扰,数字影像暗盒自带充电电池供电,与飞机电气系统隔离。本论文主要研究内容包括:1.设计了基于CMOS图像传感器、大容量闪存和CPLD的数字影像暗盒硬件电路。2.对数字影像暗盒光学部分进行理论分析,提出在前端增加透镜扩大视场的方案。此方案可以弥补图像传感器成像面积小的不足。3.为将数字影像暗盒中的图像数据传输到计算机,设计了USB数据交换器。数字影像暗盒通过USB数据交换器把数据传送到计算机。4.完成了对整个系统软硬件的调试,对调试中遇到的问题和注意事项做出了总结归纳。并对系统存在的问题提出了改进方案。5.在实验的基础上提出了感光式胶片照相枪数字化成像的两种方案:一是改造照相枪,使之成为专门的数字化成像系统,这是一个比较优化的数字化成像系统,但改造后照相枪将不兼容感光胶片式暗盒。二是不改造照相枪,照相枪既兼容感光胶片式暗盒,又兼容数字影像暗盒。但现有照相枪专为胶片式暗盒设计,数字影像暗盒在这种环境下工作,其性能会有一定下降,例如图像的分辨率下降,触发不稳定等。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 航空照相枪简介
• 1.2 数字化成像技术
• 1.2.1 图像传感器
• 1.2.2 数字化设备
• 1.2.3 图像存储设备
• 1.3 数字影像暗盒技术特征
• 1.4 本论文的主要研究任务
• 第二章 数字影像暗盒的设计
• 2.1 系统硬件实现方案
• 2.2 图像传感器的选择
• 2.3 图像数据存储器的选择
• 2.4 其他芯片介绍
• 2.5 数字影像暗盒的图像存储方案
• 2.6 硬件控制逻辑的实现
• 2.6.1 写FLASH 闪存的编程
• 2.6.2 闪存片选和内部地址翻转的编程
• 2.6.3 I2C 总线介绍及VHDL 语言编程实现
• 2.7 数字影像暗盒的电源管理
• 2.8 数字影像暗盒光学解决方案
• 第三章 USB 数据交换器的软硬件设计
• 3.1 USB 数据交换器的硬件设计
• 3.1.1 USB 通信协议简介
• 3.1.2 USB 控制芯片EZ-2131 芯片简介
• 3.1.3 USB 数据交换器的工作原理
• 3.2 USB 数据交换器的软件设计
• 3.2.1 USB 各部分软件之间的相互关系以及相关概念
• 3.2.2 EZ-2131 的固件程序设计
• 3.2.2.1 EZ-2131 的固件框架及下载介绍
• 3.2.2.2 Firmware 固件的功能实现
• 3.2.2.3 配置文件Dscr.A51 介绍
• 3.2.3 USB 数据交换器的驱动程序设计
• 3.2.4 主机应用程序介绍
• 3.2.5 软件最小系统
• 第四章 调试和结果分析以及改进方案
• 4.1 系统调试
• 4.2 实验和结果分析
• 4.2.1 图像采集实验及结果
• 4.2.2 在照相枪中的图像采集实验
• 4.2.2.1 机械触发采集图像实验
• 4.2.2.2 光敏开关触发采集图像实验
• 4.2.3 实验结论
• 4.3 改进方案
• 4.3.1 USB 数据交换器改进方案
• 4.3.2 闪存中坏块的改进方案
• 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢