光通信图像采集卡及其调试平台的设计

论文摘要

随着空间技术的迅猛发展,传统的微波通信已经不能满足星地之间数据传输的要求;作为一种全新的通信方式,卫星光通信日益受到重视。卫星光通信是在空间信道中使用激光传输数据的一种通信方式。卫星光通信系统中,APT子系统负责建立和保持通信链路;图像采集卡是APT子系统的重要组成部分,对于光通信系统的功能实现起着至关重要的作用。本文针对某型号卫星光通信终端,提出了其图像采集卡的实现方案并对实时图像处理算法进行了研究。另外,本文还提出了一种用于检测图像采集卡性能的半物理仿真方法。首先,根据光通信系统的整体设计要求,给出了图像采集卡的设计要求并进一步给出了系统的整体实现方案:在图像采集卡和CCD探测器之间使用IEEE1394总线设定CCD参数并传回图像数据;在图像采集卡和主控单元之间使用RS485总线进行数据交互;采用TMS320VC5416作为图像采集卡的核心处理器。进而对此方案进行了实时性分析,论证了方案的可行性。接下来,对图像采集卡中使用的实时图像处理算法进行了研究,确定了图像采集卡中的图像处理流程。对于原始图像首先进行直方图匹配以增强图像的对比度,方便后续的处理;而后,采用全局阈值分割的方法,把灰度图像转换成二值图像;然后,对二值图像进行形态学处理以滤除图像中存在的干扰和噪声;最后,求前景点坐标的均值得到信标光形心位置。然后,对图像采集卡中各个模块的实现进行了详细叙述。采用链路层控制器TSB12LV32和物理层控制器TSB41ab3构成IEEE1394总线控制器;使用通用异步收发器TL16C752B和MAX3491构成RS485总线模块;另外,还根据TMS320VC5416的引导加载协议,设计了引导加载模块。最后,介绍了用来对图像采集卡进行功能和性能测试的一种半物理仿真方案。本方案使用软件模拟器代替CCD探测器和主控单元,与图像采集卡进行数据交互;从而简化了测试系统的复杂度。依据该方案搭建了半物理测试平台并对图像采集卡进行测试,证明了图像采集卡的实现方案满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光通信系统概述
• 1.3 图像采集卡在光通信系统中的作用
• 1.4 主要研究内容
• 1.4.1 课题背景和总体方案
• 1.4.2 图像采集卡算法设计
• 1.4.3 图像采集卡的实现
• 1.4.4 图像采集卡半物理仿真平台的设计
• 第2章 图像采集卡的总体方案
• 2.1 图像采集卡内部模块设计要求
• 2.2 图像采集卡与CCD 的接口规范
• 2.2.1 IEEE1394 结构概述
• 2.2.2 IEEE-1394 的体系结构简述
• 2.2.3 IEEE-1394 的电气接口
• 2.2.4 IEEE-1394 总线的配置
• 2.2.5 IEEE-1394 的总线仲裁
• 2.2.6 IEEE-1394 总线的通信
• 2.2.7 IEEE1394-DCAM 协议概述
• 2.3 图像采集卡与主控单元的接口规范
• 2.4 图像采集卡的总体方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 图像采集卡算法研究
• 3.1 直方图均衡与直方图平衡
• 3.1.1 灰度直方图的定义
• 3.1.2 直方图均衡
• 3.1.3 直方图匹配
• 3.2 阈值分割算法研究
• 3.2.1 基于迭代法的阈值分割
• 3.2.2 基于灰度直方图的最优阈值
• 3.3 图像形态学滤波算法研究
• 3.3.1 数学形态学的基本运算
• 3.3.2 形态学滤波算法
• 3.3.3 连通区域提取算法
• 3.4 各种算法的处理结果比较及图像处理流程
• 3.5 本章小结
• 第4章 图像采集卡的软硬件实现
• 4.1 TMS320VC5416 的地址空间配置
• 4.2 TMS320VC5416 的引导加载
• 4.3 图像采集模块设计
• 4.4 图像采集流程
• 4.5 RS485 通信模块设计
• 4.6 电源模块设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 图像采集卡半物理仿真平台设计
• 5.1 半物理仿真测试平台的总体方案
• 5.2 Windows 系统下操纵IEEE1394 设备的方法
• 5.3 软件模拟器设计
• 5.3.1 场景数据库的获得与表示
• 5.3.2 虚拟照相机设计
• 5.4 半物理测试结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢