航空摄影系统的构成与图像传感器模块分析.docx

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1、航空摄影系统的构成与图像传感器模块分析测量系统经常要用到摄像机和其它传感器，两者间需要同步。本例描述了一个航空摄影系统，它有一台摄像机，包括CCD （电荷耦合器件）图像传感器、一个惯性测量单元，以及一个GPS （全球定位系统）单元。合成的电路提供触发信号，将测量同步在最佳速率上。GPS提供有关空间位置的信息，惯性测量单元提供有关空间方位的信息。该单元包括一个陀螺仪、一个磁力计，以及一个加速度计，提供对一个三轴矢量的角度与加速度测量。图1表示了一个获取航空照片的系统。它包括：四个Atme区域扫描CCD图像模块，一个线性图像传感器模块，两个Dalsa PCI （外设部件互连）帧捕捉卡,测量单元，一

2、个时钟调节电路，以及一只微控制器。在开发期间，用一台Tektronix公司的数字示波器查看触发信号。r这个%”节电初产生一系列妹冷 用于u 三，用于同步传感器的触发信号是这个测量系统的关键。时钟调节电路向帧捕捉卡发送一个外部触发脉冲，为系统产生触发信号。含有图像传感器的视频模块从帧捕捉卡接收触发信号。每个帧捕捉卡捕获一幅图像，将其存储在板上的存储器中，然后再捕捉下一幅图像。外部的触发脉冲亦控制传感器、GPS和惯性测量单元。图2表示在台湾云林县麦寮乡上空7000英尺处的一张照片，它使用外部触发电路，完成线性传感器与测量单元的驱动与组合。电路必须改变外部触发时钟的频率，才能获得最佳的帧率。线性图像

3、传感器模块中的CCD传感器有12288个像素，每个像素的大小为5mmX5mm,产生的图像约为500线/帧。CCD图像传感器的最大输出速率为320M像素/秒。图像数据通过一个Camera Link接口发送给帧捕捉卡，后者通过PCI总线将图像发送给一台PC。时钟调节电路产生外部触发时钟脉冲。电路采用了一只Altera公司的CPLD（复杂可编程逻辑器件），用Altera的开发软件仿真触发信号，以及设计电路。时钟调节电路可为系统提供多达15种触发信号频率。系统的Atmel微控制器带有256字节RAM和用于程序存储的8k字节可编程闪存。微控制器通过一个RS-232接口与PC通信，该接口也可以用于接收指令，以及报告自己当前的状态。这种握手过程包括生成触发信号的解码与编码参数。微控制器还向数字时序调节电路发送指令；这些指令可改变外部触发器的脉冲频率。可以用15种触发频率来调节CCD图像模块的帧速率。外部触发信号亦用于触发测量单元，记录和存储空间参数。图3给出了寻找最佳触发频率的算法。帧速率与触发频率成正比。惯性测量单元是系统中的一个关键传感器，在它与帧捕捉卡之间必须有直接的关联。如果外部触发频率为1 kHz,则两个帧捕捉卡中，每个都捕捉1000帧/秒，单元采样速率为1k采样/秒。航空摄影的实验结果表明，该系统成功地同步了所有的传感器。