Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального процессора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №13 (93) июль-1 2015 г.

Дата публикации: 02.07.2015

Статья просмотрена: 87 раз

Библиографическое описание:

Черняк А. А. Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального процессора // Молодой ученый. — 2015. — №13. — С. 222-225. — URL https://moluch.ru/archive/93/20808/ (дата обращения: 23.10.2018).

В наше время, когда человек освоил не только небо, но и приступил к исследованию космического пространства, изучение поверхности Земли не потеряло своей актуальности и приобрело новые масштабы.

На орбиту нашей планеты на данный момент выведено около сотни космических летательных аппаратов, работающих над дистанционным зондированием нашей планеты.

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — это процесс, в ходе которого собираются данные о Земле и объектах на ее поверхности без непосредственно контакта с помощью аппаратуры, установленной на космических аппаратах, самолетах или других летательных объектах.

К ДЗЗ могут относиться не только снимки непосредственно поверхности планеты, но и изображения, получаемые в одном или нескольких разделах электромагнитного спектра. Помимо видимой области спектра, снимки могут быть получены в радиодиапазоне и инфракрасном спектре.

ДЗЗ играет большую роль в решении множества задач в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Землепользование и сельское хозяйство, получение данных для составления карт неизученных участков земли или водного пространства, нахождение необработанных нефтегазовых месторождений, военная разведка — во всех этих, а также многих других областях применяются снимки ДЗЗ.

К сожалению, на данный момент на орбите Земли находится недостаточное количество спутников для решения множества задач, которые стоят перед дистанционным зондированием. Требуется постоянная разработка новых, удовлетворяющих современным требованиям модулей, работающих на основе ПЗС-фотоприемников (ФПЗС).

ФПЗС по своим возможностям являются многофункциональными приборами, что и позволило объединить оптические системы и цифровые электронные процессоры в общую конструкцию, получившую название оптоэлектронные преобразователи с ФПЗС.

оптоэлектронный процессор

Рис. 1. Структурная схема оптоэлектронного преобразователя

 

Свет, который является источником сигнала, поступает на оптический узел, откуда в режиме реального времени попадает на ФПЗС, откуда в виде последовательности отсчетных сигналов поступает на цифровой узел. [1]

В данной статье особое значение уделяется, как раз процессу приема видеосигнала с ФПЗС для дальнейшей обработки и передачи изображений.

Рис. 2. Функциональная схема цифрового узла

 

В качестве языка описания для разрабатываемого модуля был выбран высокоуровневый язык Verilog HDL. Для исследования аппаратной реализации использовалась ПЛИС типа FPGA семейства Virtex 5, разработанной фирмой Xilinx. В качестве среды проектирования была выбрана ISE Design Suite, соответствующая данной ПЛИС.

При поступлении сигнала с ФПЗС главной задачей является обработка поступающего сигнала. Так как вместе с сигналом поступают и шумы, то нам необходимо от них избавиться.

Для устранения шумов используют метод двойной коррелированной выборки сигнала (ДКВ). Концепция ДКВ основана на том факте, что в видеосигнале и опорном сигнале существует одна и та же шумовая компонента. А именно, когда выходной каскад ПЗС‑матрицы переносит зарядовый пакет, он преобразуется в выходное напряжение. Для этого используется плавающая считывающая диффузия, чтобы собирать зарядовые пакеты сигнала при их переносе с ПЗС‑матрицы. По мере переноса зарядовых пакетов напряжение на считывающей диффузии падает. Это напряжение представляет собой данные видеосигнала и усиливается на матрице усилителем с термокомпенсацией. Прежде чем следующий зарядовый пакет сможет быть перенесен в область диффузии, она должна быть полностью очищена от предыдущего пакета. Это выполняет опорный сигнал сброса, который содержит такую же компоненту теплового шума, что и видеосигнал матрицы. Если заранее сохранить эту компоненту шума, то потом ее легко вычесть из результирующего сигнала, который содержит шум и полезный сигнал. [2]

Рис. 3. Символьное изображение модуля, реализующего ДКВ

 

ДКВ лучше всего работает при использовании двух быстродействующих цепей выборки и фиксации, подсоединенных к выходному сигналу фотоприемника через низкочастотный фильтр.

При поступлении сигнала с ПЗС сигналы SHP и SHD принимают значение «1» при разных значениях.

Сигнал SHP используется для фиксации опорного уровня. Сигнал SHD используется для фиксации уровня данных, поступающих с ФПЗС. Сигнал Dataclk необходим для тактирования АЦП, а также для снятия необходимых данных. [3]

Рис. 4. Результаты функционального моделирования

 

Следующей задачей являлась реализация модуля приема команд усиления по интерфейсу из блока управления, а также их запись в АЦП.

Усиление происходит в диапазоне от 6 до 40 дБ с помощью 10-битного АЦП через интерфейс.

Минимальное усиление в 6 дБ необходимо для того, чтобы соответствовать входному сигналу в 1 В с АЦП при полномасштабном диапазоне АЦП в 2 В.

Формула для расчета значения усиления в дБ:

,                                                 (2)

где Ку — значение коэффициента усиления в децибелах,

Ку_код — код коэффициента усиления.

Рис. 5. Символьное изображение модуля, производящего усиление

 

На вход, кроме тактовой частоты, необходимой для работы, подается шина, содержащая кодовое значение коэффициента усиления.

kefu [9:0] — шина со значением коэффициента усиления.

В свою очередь, на выходе необходимо получить три сигнала: SCK — сигнал, совпадающий с сигналом тактовой частоты; SL — сигнал, который имеет значение «0» при всех загруженных регистрах системы; SData — выходной сигнал, который представляет собой последовательность битов адреса, тестового бита и битов данных со значением коэффициента усиления.

режим усиления

Рис. 6. Результаты функционального моделирования

 

Стоит отметить, что реализованная система модулей является лишь частью огромной системы электронных модулей, которые входят в состав космических аппаратов для дистанционного зондирования Земли.

Рис. 7. Символьное изображение итогового модуля

 

В сумме проект занял менее 1 % процента ПЛИС. Это легко объясняется тем, что данные модули являются всего лишь частью системы модулей, которые используются в космических аппаратах для дистанционного зондирования Земли.

 

Литература:

 

1.                  Молодняков С. А. Оптоэлектронные процессоры с ПЗС-фотоприемниками. Конвейерная обработка сигналов // Информационно — управляющие системы. Вып. 6 М: 2008. — С.1,4

2.                  Дамьяновски В. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии // М: Ай-Эс-Эс Пресс, 2006 — С.42

3.                  http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9943_9944.pdf Дата посещения — 10 июня 2015 г.

 

Основные термины (генерируются автоматически): SHD, SHP, сигнал, дистанционное зондирование Земли, значение коэффициента усиления, функциональное моделирование, тактовая частота, зарядовый пакет, дистанционное зондирование, цифровой узел.


Похожие статьи

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования.

Двумерная, а иногда и трехмерная модель поверхности земли (стереоскопические снимки), отображаемая на аэрокосмических снимках, обладает...

Применение материалов дистанционного зондирования земли...

В статье рассматривается возможность применения современных технологий для охраны водных объектов. Авторами проведен сравнительный анализ законодательной основы охраны водных объектов.

Оценка валидости результатов дешифрирования снимков...

Космические средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

Сухинин А. И., Кашкин В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления освещением при помощи воздействия звуковых сигналов.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Возможности применения методов аэрокосмического мониторинга...

Аэрокосмический мониторинг осуществляется на основе так называемого дистанционного зондирования Земли, то есть наблюдения поверхности Земли

В свою очередь увеличение частоты наблюдений приводит к увеличению стоимости проводимого мониторинга.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность экосистемы, спектральные характеристики.

Этот показатель получают путем деления разницы между коэффициентом отражения вблизи инфракрасного излучения (NIR) и...

Выбор типа орбит космических систем оптико-электронного...

М.: Изд-во МАИ, 2004. 3. Лощенков В. И., Семункина В. И. Принципы системного подхода при баллистическом проектировании и создании космических систем дистанционного зондирования Земли / Сб. науч. тр.

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

– Применить методы дистанционного зондирования земли с целью выявления наиболее угнетенных ландшафтов региона. Работа основана на методике исследования данных дистанционного зондирования, чем и отличается от остальных подобных.

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования.

Двумерная, а иногда и трехмерная модель поверхности земли (стереоскопические снимки), отображаемая на аэрокосмических снимках, обладает...

Применение материалов дистанционного зондирования земли...

В статье рассматривается возможность применения современных технологий для охраны водных объектов. Авторами проведен сравнительный анализ законодательной основы охраны водных объектов.

Оценка валидости результатов дешифрирования снимков...

Космические средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

Сухинин А. И., Кашкин В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления освещением при помощи воздействия звуковых сигналов.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Возможности применения методов аэрокосмического мониторинга...

Аэрокосмический мониторинг осуществляется на основе так называемого дистанционного зондирования Земли, то есть наблюдения поверхности Земли

В свою очередь увеличение частоты наблюдений приводит к увеличению стоимости проводимого мониторинга.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность экосистемы, спектральные характеристики.

Этот показатель получают путем деления разницы между коэффициентом отражения вблизи инфракрасного излучения (NIR) и...

Выбор типа орбит космических систем оптико-электронного...

М.: Изд-во МАИ, 2004. 3. Лощенков В. И., Семункина В. И. Принципы системного подхода при баллистическом проектировании и создании космических систем дистанционного зондирования Земли / Сб. науч. тр.

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

– Применить методы дистанционного зондирования земли с целью выявления наиболее угнетенных ландшафтов региона. Работа основана на методике исследования данных дистанционного зондирования, чем и отличается от остальных подобных.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования.

Двумерная, а иногда и трехмерная модель поверхности земли (стереоскопические снимки), отображаемая на аэрокосмических снимках, обладает...

Применение материалов дистанционного зондирования земли...

В статье рассматривается возможность применения современных технологий для охраны водных объектов. Авторами проведен сравнительный анализ законодательной основы охраны водных объектов.

Оценка валидости результатов дешифрирования снимков...

Космические средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

Сухинин А. И., Кашкин В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления освещением при помощи воздействия звуковых сигналов.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Возможности применения методов аэрокосмического мониторинга...

Аэрокосмический мониторинг осуществляется на основе так называемого дистанционного зондирования Земли, то есть наблюдения поверхности Земли

В свою очередь увеличение частоты наблюдений приводит к увеличению стоимости проводимого мониторинга.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность экосистемы, спектральные характеристики.

Этот показатель получают путем деления разницы между коэффициентом отражения вблизи инфракрасного излучения (NIR) и...

Выбор типа орбит космических систем оптико-электронного...

М.: Изд-во МАИ, 2004. 3. Лощенков В. И., Семункина В. И. Принципы системного подхода при баллистическом проектировании и создании космических систем дистанционного зондирования Земли / Сб. науч. тр.

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

– Применить методы дистанционного зондирования земли с целью выявления наиболее угнетенных ландшафтов региона. Работа основана на методике исследования данных дистанционного зондирования, чем и отличается от остальных подобных.

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Анализ данных дистанционного зондирования (ДДЗ), применяемых для ландшафтно-экологического картографирования.

Двумерная, а иногда и трехмерная модель поверхности земли (стереоскопические снимки), отображаемая на аэрокосмических снимках, обладает...

Применение материалов дистанционного зондирования земли...

В статье рассматривается возможность применения современных технологий для охраны водных объектов. Авторами проведен сравнительный анализ законодательной основы охраны водных объектов.

Оценка валидости результатов дешифрирования снимков...

Космические средства дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)

Сухинин А. И., Кашкин В. Б. Дистанционное зондирование Земли из космоса.

Теоретическое описание устройства дистанционного управления освещением при помощи воздействия звуковых сигналов.

Разработка предложений по решению ключевых проблем создания...

В настоящее время информационные потоки с высокодетальной аппаратуры наблюдения перспективных космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) ожидаются до 10 Гбит/с и более.

Возможности применения методов аэрокосмического мониторинга...

Аэрокосмический мониторинг осуществляется на основе так называемого дистанционного зондирования Земли, то есть наблюдения поверхности Земли

В свою очередь увеличение частоты наблюдений приводит к увеличению стоимости проводимого мониторинга.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность экосистемы, спектральные характеристики.

Этот показатель получают путем деления разницы между коэффициентом отражения вблизи инфракрасного излучения (NIR) и...

Выбор типа орбит космических систем оптико-электронного...

М.: Изд-во МАИ, 2004. 3. Лощенков В. И., Семункина В. И. Принципы системного подхода при баллистическом проектировании и создании космических систем дистанционного зондирования Земли / Сб. науч. тр.

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

– Применить методы дистанционного зондирования земли с целью выявления наиболее угнетенных ландшафтов региона. Работа основана на методике исследования данных дистанционного зондирования, чем и отличается от остальных подобных.

Задать вопрос