CCD摄影测量相机图像数据高速实时存储的研究

论文摘要

通过航天、航空摄影测量的方式，测绘和更新地形图及相关测绘产品，是我国国防建设和国民经济发展急需解决的问题。作为解决这一问题的必要条件之一，应该具有满足航天、航空摄影测量要求的高分辨率测绘相机。论文以“宽幅盖面阵立体测绘小相机项目”为课题背景，深入的研究了高速图像传输，图像实时压缩和压缩图像数据的实时存储问题。 在比较各种数据传输方案的基础上，本文采用基本的CameraLink配置实现了62MBps数据传输。并且采用CPLD技术扩展了CameraLink通信方式，实现了三台相机参数的单独设置，增强了灵活性。 摄影测量图像具有数据量大、传输速度快的特点，所以对图像数据进行实时压缩势在必行。本文在详细阐述JPEG2000标准算法的基础上，采用ADV202芯片实现图像数据实时压缩。理论验证和仿真结果表明，该方案可以实现对100MBps图像数据进行实时压缩。 压缩并不是目的，将数据可靠实时的存储是本文的最终目标。本文采用FPGA技术实现了单块ATA硬盘块传输率(32MB)47MBps，整盘持续传输率优于20MBps的满意结果。 由此可见，采用CameraLink技术可以实现62MBps摄影测量图像数据传输，通过对62MBps的图像数据进行实时8倍JPEG2000压缩，完全可以实时的存储到单块ATA硬盘当中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景
• 1.3 相关技术应用发展状况
• 1.3.1 高速数据传输
• 1.3.2 图像压缩技术
• 1.3.3 存储技术
• 1.4 论文研究的内容及论文结构安排
• 第二章 摄影测量相机高速数据传输
• 2.1 CameraLink接口信号
• 2.2 CameraLink接口通信协议
• 2.3 摄影测量相机图像高速传输工程实现
• 2.2.1 总体功能规划及设计
• 2.2.2 CameraLink通信扩展功能模块设计
• 2.2.3 异步串口接收和发送模块设计
• 2.2.4 同步接口设计
• 2.4 CameraLink高速数据传输实验
• 2.4.1 实验平台的构建
• 2.4.2 实验结果
• 2.5 小结
• 第三章 JPEG2000标准算法研究
• 3.1 JPEG2000标准中的小波变换
• 3.1.1 小波变换的基础知识
• 3.1.2 二维离散小波变换
• 3.1.3 推举体制
• 3.1.4 分解结构
• 3.2 JPEG2000小波系数的量化
• 3.3 JPEG2000小波系数编码
• 3.3.1 Tier1编码算法
• 3.3.2 Tier2编码算法
• 3.4 码流组织
• 3.4.1 码流的结构
• 3.4.2 渐进传输
• 3.5 小结
• 第四章 摄影测量图像 JPEG2000实时压缩的实现方案
• 4.1 图像信号分析
• 4.2 ADV202工作原理
• 4.3 实时压缩硬件设计
• 4.3.1 摄影测量图像实时压缩视频接口设计
• 4.3.2 摄影图像压缩数据流输出接口设计
• 4.3.3 逻辑综合布局布线实验结果
• 4.4 实时压缩系统的软件设计
• 4.4.1 内部时钟设置
• 4.4.2 ADV202固件程序及参数的下载
• 4.4.3 视频参数设置
• 4.4.4 输出数据流设置
• 4.5 小结
• 第五章 图像压缩数据的硬盘快速直接存储研究
• 5.1 ATA接口简介
• 5.1.1 ATA硬盘的电器接口规范
• 5.1.2 ATA硬盘的初始化
• 5.1.3 ATA硬盘的无数据命令传输协议
• 5.1.4 ATA硬盘的数据传输协议
• 5.2 ATA硬盘直接存储工程实现
• 5.2.1 速度方面的考虑
• 5.2.2 PIO协议的微控制器实现
• 5.2.3 UDMA方式的FPGA实现
• 5.2.4 FPGA模块整合和软件设计
• 5.3 实验与讨论
• 5.3.1 试验一:硬盘写入速度测试
• 5.3.2 实验二:持续存储图像
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的研究工作总结
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 展望
• 6.3.1 高速数据传输方面
• 6.3.2 摄影测量图像压缩方面
• 6.3.3 图像存储方面
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况