本發(fā)明涉及機(jī)載光電成像
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種航空CCD成像系統(tǒng)及飛行器。
背景技術(shù)：
：航空相機(jī)包括航空偵察相機(jī)，航空測繪相機(jī)，航空多光譜相機(jī)及成像光譜儀，在軍事上主要可用于情報(bào)搜查、國防監(jiān)測、變化檢測、精確測圖和目標(biāo)指引等等方面，以根據(jù)機(jī)場跑道、導(dǎo)彈發(fā)射井、武器試驗(yàn)場和防御設(shè)施等目標(biāo)的施工情況以及部隊(duì)集結(jié)和武器部署等軍事活動(dòng)準(zhǔn)備情況。因此世界許多國家都在積極研制航空相機(jī)，進(jìn)行航空遙感工作。高分辨率航空CCD(chargecoupleddevice)成像偵察相機(jī)作為航空相機(jī)的一個(gè)分支，在軍事中應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)探測任務(wù)中，有著其它相機(jī)都不可取代作用。目前，航空CCD成像系統(tǒng)中還存在著諸多不穩(wěn)定因素，如：(1)CCD焦平面陣列中各探測單元的響應(yīng)特性不一致；(2)光學(xué)系統(tǒng)加工存在裝調(diào)誤差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁冗；(3)CCD焦平面輸入驅(qū)動(dòng)存在誤差；(4)CCD焦平面存在無效探測單元；(5)相機(jī)工作溫度變化較大；(6)相機(jī)讀出電路本身非均勻性以及讀出電路與探測器耦合的非均勻性會(huì)帶來圖像非均勻性，必須通過校正解決。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中航空CCD成像系統(tǒng)體積及重量大，圖像存在非均勻性的技術(shù)問題，提供了一種航空CCD成像系統(tǒng)，一定程度上減小系統(tǒng)的體積和重量，同時(shí)有效校正圖像的非均勻性。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種航空CCD成像系統(tǒng)，所述CCD成像系統(tǒng)包括：CCD傳感器，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；預(yù)放電路，與CCD傳感器連接，用于將CCD傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大操作；A/D轉(zhuǎn)換電路，與預(yù)放電路相連接，用于將放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；FPGA電路，與A/D轉(zhuǎn)換電路相連接，用于將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行非均勻性校正處理后通過其上設(shè)置的圖像輸出接口輸出圖像信號(hào)；RS422通訊接口電路，用于FPGA電路與外接上位機(jī)進(jìn)行通訊；還包括電源電路，用于給所述CCD成像系統(tǒng)供電；其中，所述FPGA電路，還用于發(fā)送CCD時(shí)序控制信號(hào)給所述CCD傳感器，及發(fā)送AD控制信號(hào)給所述A/D轉(zhuǎn)換電路；所述CCD傳感器及預(yù)放電路設(shè)置在第一電路板上，所述電源電路設(shè)置在第二電路板上，所述FPGA電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及RS422通訊接口電路設(shè)置在第三電路板上，所述第一電路板、第二電路板及第三電路板之間相互正交排布設(shè)置，第一電路板、第二電路板及第三電路板之間分別通過剛撓板相連接。優(yōu)選地，所述FPGA電路嵌入圖像均勻性校正算法，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下通過直徑20cm輸出均勻輻射源的積分球和通過測量輸出輻射亮度的光譜輻亮度計(jì)結(jié)合所述均勻性校正算法計(jì)算校正參數(shù)。優(yōu)選地，所述FPGA電路針對CCD成像系統(tǒng)在十種不同基準(zhǔn)光照條件下成像，根據(jù)每種光照條件下采集的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的校正參數(shù)。優(yōu)選地，所述第三電路板上還設(shè)有隔離緩沖電路，所述隔離緩沖電路分別于CCD傳感器及FPGA電路相連接，用于將FPGA產(chǎn)生的CCD時(shí)序控制信號(hào)進(jìn)過電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給所述CCD傳感器。優(yōu)選地，所述第二電路板上還設(shè)有光耦隔離電路，所述光耦隔離電路與所述FPGA電路相連接，用于隔離輸入FPGA電路的機(jī)械快門控制信號(hào)，同時(shí)用于隔離FPGA電路輸出的機(jī)械快門反饋信號(hào)。優(yōu)選地，所述第一電路板、第二電路板及第三電路板的長×寬為3cm×3cm。優(yōu)選地，所述電源電路包括多個(gè)穩(wěn)壓器，電源電路將輸出CCD成像系統(tǒng)中的母線電源通過所述穩(wěn)壓器變換成+1.2V，+2.5V，+5V，+15V，-1.2V的電源。優(yōu)選地，所述電源電路分別給所述CCD傳感器、預(yù)放電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA電路及RS422通訊接口電路供電。優(yōu)選地，所述第三電路板上還設(shè)有圖像輸出電路，所述圖像輸出電路通過所述圖像輸出接口與所述FPGA電路相連接，用于將接收到的所述圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種飛行器，所述飛行器搭載了上述的航空CCD成像系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：通過將所述第一電路板、第二電路板及第三電路板之間相互正交排布設(shè)置，相互之間分別通過剛撓板相連接，有效縮小了系統(tǒng)體積，有效減小了系統(tǒng)重量，同時(shí)所述FPGA電路中具有圖像非均勻性校正功能，有效校正圖像的非均勻性，提高常規(guī)標(biāo)定效率。附圖說明圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的航空CCD成像系統(tǒng)的電路板結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的航空CCD成像系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的航空CCD成像系統(tǒng)的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-第一電路板；2-第二電路板；3-第三電路板；10-CCD傳感器；20-預(yù)放電路；30-A/D轉(zhuǎn)換電路；40-隔離緩沖電路；50-FPGA電路；60-圖像輸出電路；70-RS422通訊接口電路；80-光耦隔離電路；90-電源電路。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種航空CCD成像系統(tǒng)，所述CCD成像系統(tǒng)包括CCD傳感器10，預(yù)放電路20，A/D轉(zhuǎn)換電路30，F(xiàn)PGA電路50，RS422通訊接口電路70，電源電路90；所述CCD傳感器10是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心器件，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述CCD傳感器10選擇美國KODAK公司生產(chǎn)的CCD探測器KAI-1050。其具體參數(shù)如下表所示：參數(shù)KAI-1050有效像素1024(H)×1024(V)掃描方式逐行光譜響應(yīng)范圍可見光最高幀頻(全幀)120幀/秒是否集成驅(qū)動(dòng)電路否是否集成CDS否封裝68pinPGA預(yù)放電路20，與CCD傳感器10相連接，用于將CCD傳感器10輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大處理后，與后端的A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行匹配。CCD傳感器輸出的模擬信號(hào)為CDS(相關(guān)雙采樣)后的信號(hào)，輸出信號(hào)范圍為0-500mV。本實(shí)施例中，所述預(yù)防電路20優(yōu)選為為TI公司的高速雙通道運(yùn)算放大器OPA2282。A/D轉(zhuǎn)換電路30，與預(yù)放電路20相連接，用于將放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)CCD傳感器10的輸出動(dòng)態(tài)范圍為58dB，故需10位的AD轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行量化。因此本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述A/D轉(zhuǎn)換電路為AD公司的雙通道，采樣速率達(dá)40MSPS的具有PGA功能的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS5204。FPGA電路50，與A/D轉(zhuǎn)換電路30相連接，用于將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行非均勻性校正處理后通過其上設(shè)置的圖像輸出接口輸出圖像信號(hào)。FPGA是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，所述FPGA電路50嵌入圖像均勻性校正算法，用于在實(shí)驗(yàn)室條件下通過直徑20cm輸出均勻輻射源的積分球和通過測量輸出輻射亮度的光譜輻亮度計(jì)結(jié)合所述均勻性校正算法計(jì)算校正參數(shù)。RS422通訊接口電路70，用于FPGA電路50與外接上位機(jī)進(jìn)行通訊；RS422通訊電路完成與上位機(jī)系統(tǒng)的通訊。FPGA電路50通過此通訊電路接收控制命令，同時(shí)將系統(tǒng)的狀態(tài)返回給上位機(jī)。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述RS422通訊接口電路70的發(fā)送芯片選用型號(hào)為DS26LV31T的芯片，所述RS422通訊接口電路70的接收芯片選用型號(hào)為DS26LV32AT的芯片，這對芯片采用3.3V供電，不但可以適應(yīng)3.3V的RS422總線，而且可以兼容5V的RS422差分總線的信號(hào)。還包括電源電路90，所用于給所述CCD成像系統(tǒng)供電；其中，所述FPGA電路50，還用于發(fā)送CCD時(shí)序控制信號(hào)給所述CCD傳感器10，及發(fā)送AD控制信號(hào)給所述A/D轉(zhuǎn)換電路30；如圖1所示，所述CCD傳感器10及預(yù)放電路20設(shè)置在第一電路板1上，所述電源電路90設(shè)置在第二電路板2上，所述FPGA電路50、A/D轉(zhuǎn)換電路30及RS422通訊接口電路70設(shè)置在第三電路板3上，所述第一電路板1、第二電路板2及第三電路板3之間相互正交排布設(shè)置，第一電路板1、第二電路板2及第三電路板3之間分別通過剛撓板相連接進(jìn)行供電和傳輸信號(hào)。這種設(shè)置方式實(shí)現(xiàn)了航空CCD成像系統(tǒng)的電路元器件的高度集成，有效節(jié)省了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)空間，縮小了系統(tǒng)的體積及減小了系統(tǒng)的重量。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述第一電路板、第二電路板及第三電路板的長×寬均分別為3cm×3cm。進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，以FPGA為控制中心，通過RS422通訊接口電路70接收控制命令對CCD傳感器10和A/D轉(zhuǎn)換電路30進(jìn)行控制和參數(shù)的加載。FPGA電路50產(chǎn)生的CCD時(shí)序信號(hào)經(jīng)過發(fā)送給CCD傳感器10，CCD傳感器10通過光電轉(zhuǎn)換輸出的電信號(hào)經(jīng)過預(yù)放電路20放大后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路30進(jìn)行數(shù)字量化，量化后的數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA電路50。最后FPGA電路50將最終獲取到的圖像信號(hào)校正處理后通過圖像輸出接口發(fā)送出去。因FPGA嵌入圖像均勻性校正算法，在實(shí)驗(yàn)室條件下通過直徑20cm輸出均勻輻射源的積分球和用于測量輸出輻射亮度的光譜輻亮度計(jì)結(jié)合相機(jī)系統(tǒng)的均勻性校正算法計(jì)算校正參數(shù)，具體為：所述FPGA電路針對CCD成像系統(tǒng)在十種不同基準(zhǔn)光照條件下成像，根據(jù)每種光照條件下采集的圖像數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的校正參數(shù)。進(jìn)一步地，所述第三電路板3上還設(shè)有隔離緩沖電路40，所述隔離緩沖電路40分別于CCD傳感器10及FPGA電路50相連接，用于將FPGA電路50產(chǎn)生的CCD時(shí)序控制信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給所述CCD傳感器。CCD信號(hào)需要的是5V標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，而FPGA電路產(chǎn)生的是3.3V標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，因此需要電平轉(zhuǎn)換。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述隔離緩沖電路選擇型號(hào)為SN74LVC8T245的芯片。該芯片具有8bit的信號(hào)轉(zhuǎn)換總線。優(yōu)選地，本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二電路板2上還設(shè)有光耦隔離電路80，所述光耦隔離電路80與所述FPGA電路50相連接，用于隔離輸入FPGA電路50的機(jī)械快門控制信號(hào)，同時(shí)用于隔離FPGA電路50輸出的機(jī)械快門反饋信號(hào)；系統(tǒng)有機(jī)械快門控制接口和機(jī)械快門反饋信號(hào)，為避免成像系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的相互影響，控制信號(hào)采用所述光耦隔離電路50進(jìn)行信號(hào)傳輸，本實(shí)施中，優(yōu)選地，所述光耦隔離電路選型為日本東芝公司生產(chǎn)的TLP621-2。進(jìn)一步地，所述第三電路板3上還設(shè)有圖像輸出電路60，所述圖像輸出電路60通過所述圖像輸出接口與所述FPGA電路50相連接，用于將接收到的所述圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。圖像輸出采用接口電平標(biāo)準(zhǔn)為CML，其發(fā)送芯片選擇MAX3892和TLK2501。MAX3892串行器適合于DWDM和SONET/SDH應(yīng)用中將4位寬、622Mbps并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為2.5Gbps串行數(shù)據(jù)。4x4位FIFO允許并行輸出時(shí)鐘和并行輸入時(shí)鐘之間的任何靜態(tài)延遲。TLK2501可實(shí)現(xiàn)串行傳輸速率為1.5Gbps到2.5Gbps的高速圖像數(shù)據(jù)傳輸。結(jié)合圖3所示，所述電源電路90包括多個(gè)穩(wěn)壓器及DC/DC模塊，電源電路90將輸出CCD成像系統(tǒng)中的+12V母線電源通過所述穩(wěn)壓器及DC/DC模塊變換成+1.2V，+2.5V，+5V，+15V，-1.2V的電源供整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)功能元器件使用。如圖3所示，+12V的母線電源通過穩(wěn)壓器LT1936、穩(wěn)壓器LT1764及穩(wěn)壓器FN1112轉(zhuǎn)換為+1.2V，+2.5V；+12V的母線電源通過穩(wěn)壓器LT1936轉(zhuǎn)換為+5V；+12V的母線電源通過DC/DCLT3471、穩(wěn)壓器LT1936及DC/DCLT1964轉(zhuǎn)換為+15V，-1.2V。所述電源電路90分別給所述CCD傳感器10、預(yù)放電路20、A/D轉(zhuǎn)換電路30、FPGA電路50及RS422通訊接口電路70供電。本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種飛行器，所述飛行器搭載了上述的航空CCD成像系統(tǒng)。所述飛行器包括民用載人飛機(jī)，民用無人機(jī)，軍用載人飛機(jī)，軍用無人機(jī)及航天飛船等。本發(fā)明實(shí)施例的航空CCD成像系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：(1)、成像系統(tǒng)電路高度集成，三塊電路板設(shè)計(jì)采用剛撓板實(shí)現(xiàn)連接，最大程度上縮小系統(tǒng)的體積和重量。(2)、成像系統(tǒng)電路所有供電均由母線電源+12V提供，通過穩(wěn)壓器變化得到系統(tǒng)需要的多種電源，減少對航空平臺(tái)的供電要求。(3)、系統(tǒng)嵌入非均性校正算法，提高常規(guī)標(biāo)定效率。上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理和最佳實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3