一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端的制作方法

1.本发明属于航天图像采集领域，尤其涉及一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端。


背景技术：

2.栅格舵，是一种火箭飞行姿态控制装置，在火箭回收精准落区发挥了重要作用，通过它们可以控制回收时的姿态，确保火箭残骸能够落在设定的区域。随着栅格舵技术的发展，使得火箭一子级落点控制技术越发成熟，为了更好的判断栅格舵的工作状态，进一步提高一子级落点控制技术的精度，需要可靠性强、稳定度高的多通道高清图像采集终端来实时收集栅格舵工作时的摆动姿态，以验证栅格舵技术的准确性同时便于开展后续的研究。
3.传统的视频采集系统使用单机sd卡的模式，将采集设备和处理设备均安装在火箭一子级上，无法做到实时传输，一级分离后需要安排人员进行残骸搜寻工作，消耗大量人力物力，并且存储卡随一级一起降落至地面后容易损坏，稳定性很差。针对现有生产活动中的技术问题以及实际需求，有必要研制一种设计合理、结构简单、稳定性强的多通道实时高清图像采集终端。


技术实现要素：

4.本发明的技术目的是提供一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端，以解决无法监控栅格舵的技术问题。
5.为解决上述问题，本发明的技术方案为：
6.一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端，包括：图像采集模块和图像处理传输模块。
7.图像采集模块用于获取获取外部栅格舵工作时的图像数据。
8.图像处理传输模块用于接收图像数据并进行压缩、存储、处理以及传输至地面端。
9.其中，图像采集模块包括若干相机以及相对应设置的壳体。
10.相机设置于相对应的壳体内部，并与壳体螺栓固定连接，与相机相连接的壳体与外部飞行器螺栓连接，用于使相机拍摄外部栅格舵。若干相机以组阵形式从多个角度获取图像数据。
11.具体地，壳体包括上壳体与下壳体，上壳体设有数据传输端口，相机数据经数据传输端口传送至图像处理传输模块。
12.上壳体与下壳体螺栓连接，上壳体与下壳体的一端面拼接形成拍摄孔，相机经拍摄孔进行拍摄。
13.下壳体与外部飞行器螺栓连接，用于稳固壳体以及安装于壳体内部的相机。
14.其中，图像处理传输模块被配置fpga以进行控制，包括处理单元、缓存单元、存储单元以及寄存器。
15.缓存单元、存储单元以及寄存器受控于处理单元接收图像数据并进行压缩、存储
和回放。
16.具体地，处理单元包括若干rs422网口、若干rs485相机控制接口、axi fifo接口以及调试串口。
17.若干rs422网口包括相机网口和调试网口，相机网口用于接收图像数据。调试网口用于接收外部调试指令。rs485相机控制接口用于控制图像采集模块输出图像数据至处理单元。axi fifo接口用于协助处理单元实现回放。调试串口用于打印调试信息。
18.其中，处理单元用于根据指令ps端获取平台指令经rs485相机控制接口控制对应图像采集模块输出图像数据，并存入缓存单元中，进而控制寄存器将存入缓存单元的图像数据存储于存储单元内。
19.其中，处理单元用于根据指令ps端获取平台指令，使寄存器控制pl端获取所需的图像数据并存入缓存单元中，经axi fifo接口发送给pl端，pl端转换成同步rs422时序发送至外部。
20.进一步优选地，还包括箭载计算机。
21.箭载计算机与图像处理传输模块信号连接，箭载计算机用于接收经图像处理传输模块处理后的图像数据。
22.箭载计算机还用于获取遥测所需的参数信息。
23.进一步优选地，还包括无线通信网络。
24.无线通信网络用于将图像数据和参数信息从箭载计算机实时下传至地面端。
25.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
26.本发明分别对多个相机产生的数据进行独立存储记录，开机时自动清理固寸。本发明具有边记录边回放的功能，能够同时记录所有路相机的图像数据并回放其中几路相机的图像数据，在间隔一定时间后切换回放另外相机数据，以此进行循环，也可以对单独指定相机进行回放。连续工作时间不小于0.5小时，满足实际应用要求。
27.本发明由操作系统控制cpu可以更合理的分配cpu资源，提高cpu的利用率；应用层和系统层分离，由操作系统给应用程序分配资源，可使应用程序更稳定、可靠的运行。应用发生意外错误崩溃时不会影响到系统并且可迅速重新运行。无线通信网络，支持所有标准的internet网络协议，相对于裸机的网络通信更加的简单高效，支持图像数据的实时传输。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
29.图1为本发明实施例提供的一种图像采集模块的相机示意图；
30.图2为本发明实施例提供的一种图像采集模块的壳体示意图；
31.图3为本发明实施例提供的一种图像处理传输模块的示意图；
32.图4为本发明实施例提供的实施流程示意图。
具体实施方式
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
34.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
35.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
36.实施例
37.参看图1至图3，本实施例提供一种应用于栅格舵系统的多通道高清图像采集终端，包括：图像采集模块和图像处理传输模块。图像采集模块用于获取获取外部栅格舵工作时的图像数据。图像处理传输模块用于接收图像数据并进行压缩、存储、处理以及传输至地面端；图像处理传输模块通过rtsp传输协议从图像采集模块获取图像数据，使用“生产-消费者”模型将捕获到的数据通过amba总线发送给其内部的fpga，并且可以实现流量控制。
38.参看图1和图2，图像采集模块包括若干相机以及相对应设置的壳体，即壳体数量与相机数量相同。本实施例中设置四台经特殊合金改装后的basler相机，比传统的图像采集设备分辨率更高，支持夜景拍摄。参看图2，对相机背面的rj-45和terminal connector从相机的pcb上拆除，然后用导线从焊盘上引出至j14a-26zkb插座上，引线长度为220mm。其次，四台相机以组阵形式从多个角度获取图像数据，使掌握的图像信息维度更加全面。
39.相机设置于相对应的壳体内部，并与壳体螺栓固定连接，壳体又与外部飞行器螺栓连接，使相机能够固定于飞行器与壳体之间所形成的空间内，拍摄外部栅格舵。具体地，壳体包括上壳体与下壳体，上壳体设有数据传输端口，相机数据经数据传输端口传送至图像处理传输模块。上壳体与下壳体螺栓连接，上壳体与下壳体的一端面拼接形成拍摄孔，相机经拍摄孔进行拍摄。下壳体与外部飞行器螺栓连接，用于稳固壳体以及安装于壳体内部的相机。经过上述特殊机械结构改装之后，相机防震能力大大提升，对于火箭一级搭载来说稳定性有大幅度提高。
40.参看图3和图4，图像处理传输模块被配置fpga以进行控制，包括处理单元、缓存单元、存储单元以及寄存器。图像处理传输模块的单机如图3所示，现对本实施例的图像处理模块工作流程进行简单说明，首先对单机进行上电，单机上电15s(15s 组件初始化时间)后，开始从相机处采集图像数据并压缩，压缩后的数据通过网口传输至其内部的处理单元，处理单元同时完成四路数据的处理，并按照协议对其中的两组图像数据打包，通过同步422接口传输至箭载计算机。在间隔20s后按照协议对另外两组数据打包，通过同步422接口传输至箭载计算机，按照20s间隔依次循环。
41.缓存单元、存储单元以及寄存器受控于处理单元接收图像数据实现压缩、存储和回放等数据处理。
42.其中，处理单元选用z-7030，该芯片带有双核cortex-a9处理器，系统采用linux操作系统，相对于裸机有以下优点：由操作系统控制cpu可以更合理的分配cpu资源，提高cpu的利用率。应用层和系统层分离，由操作系统给应用程序分配资源，可使应用程序更稳定、可靠的运行。应用发生意外错误崩溃时不会影响到系统并且可迅速重新运行。可适配强大的网络通信机制，支持所有标准的internet网络协议，相对于裸机的网络通信更加的简单高效。
43.其中，缓存单元为ddr3 sdram内存，图像数据存储与回放中起到临时存储的作用。
44.其中，存储单元内设有四个分区分别对四个相机产生的数据进行存储并记录，每个分区具体不小于16gb的存储空间，整个存储单元不小于64gb的存储空间。存储单元具体为emmc存储器，由fpga实现emmc的数据存取功能，指令ps端使用直接访问内存存储相机数据，pl端通过axi总线桥获取内存数据并存储，读取emmc数据时反向操作。
45.现根据上述各个单元以及配置的fpga进行详细说明。首先，处理单元包括以下需要进行交互的接口：5个rs422网口、4个rs485相机控制接口、1个axi fifo接口以及1个调试串口。5个rs422网口中又可分为相机网口和调试网口，相机网口用于接收图像数据。调试网口用于接收外部调试指令。由于指令ps端自带的接口只有2路网口，所以通过fpga实现设计剩余网口并且连接在指令ps端的axi总线桥上。
46.rs485相机控制接口用于控制相对应的相机输出图像数据至处理单元。axi fifo接口用于协助处理单元实现回放，其能够与处理单元的arm进行数据交互。调试串口用于打印调试信息。
47.参看图4，当需要实施存储时，处理单元用于根据指令ps端获取平台指令经rs485相机控制接口控制对应相机输出图像数据，并通过linux系统函数获取各个相机网口上的数据，使用直接访问内存技术存入缓存单元中，进而再通过控制寄存器将存入缓存单元的图像数据存储于存储单元内。
48.参看图4，当需要实施回放时，处理单元用于根据指令ps端获取平台指令，通过寄存器控制pl端获取存储单元中所需的图像数据并存入缓存单元中，从缓存单元中获取图像数据经axi fifo接口发送给pl端，pl端转换成同步rs422时序发送至外部。
49.较优地，本实施例还包括箭载计算机。箭载计算机与图像处理传输模块信号连接，箭载计算机用于接收经图像处理传输模块处理后的图像数据。箭载计算机还用于获取遥测所需的参数信息。
50.较优地，还包括无线通信网络。
51.无线通信网络用于将图像数据和参数信息从箭载计算机实时下传至地面端，地面端可配套增加地面解析系统，对下传的图像数据实时传输播放，不受火箭一子级落点影响，可省去地面残骸搜索步骤，节省人力物力，提高可靠性和实时性。
52.较优地，为提高应用程序的可靠性，防止意外错误导致崩溃，在应用程序设计时额外增加一个守护进程，当守护进程检测到程序崩溃时立即重新启动应用程序。
53.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。