星载光电跟踪中图像采集处理系统设计与ROI跟踪方法研究

摘要

星载光电跟踪系统是指在空间环境下，利用装载在卫星上的光电探测与跟踪设备完成对空间目标的捕获跟踪任务的一种空间目标跟踪系统。星载光电跟踪系统跟踪目标主要为绕地球高速运行的人造卫星，要求星载光电跟踪系统中图像采集处理系统具有高速、高分辨率的图像采集处理能力。同时，对卫星中振动引起的视轴扰动进行补偿的视轴稳定技术，也要求足够高的图像采样频率，对图像采集处理系统提出了很苛刻的要求。开展用于星载光电跟踪系统的图像采集处理系统设计与跟踪方法研究，具有重要的实际意义和应用价值。
　　本文从图像采集处理系统的任务功能和主要设计指标出发，展开了图像采集处理系统总体结构设计、硬件设计与软件设计。总体方案中确定了使用CMOS图像传感器、乒乓缓存结构以及DSP+FPGA的系统硬件方案，Ostu图像分割算法、基于图像配准的差分图像识别算法、质心跟踪算法等的图像处理方案以及需要完成传感器时序控制、FPGA内部数据传输、FPGA与存储器接口、FPGA与DSP接口等任务。硬件设计方面进行了各分系统的设计、器件选型，并在考虑各个器件具体特性的通信和互联控制等工作原理的基础上进行了原理电路设计。软件设计中进行了系统软件结构的设计，其中，着重对图像采集处理工作流程设计、CMOS图像传感器控制模块、图像处理中的图像差分与跟踪进行了论述。
　　此外，为解决图像采集处理系统中成像速度和成像视域不能兼得，小窗口高速成像会带来的视域减小的问题，提出了一种结合CMOS图像传感器的变窗成像特性与波门跟踪算法的变窗跟踪方法，该跟踪算法可以实现大视域内目标的高速跟踪，由于视域的增大，降低了对伺服跟踪系统响应频率的要求，降低了伺服跟踪系统设计的设计难度，提高了系统工作的可靠性和稳定性，在高速跟踪系统中具有重要的应用意义。在FPGA开发板上对该跟踪方法进行了仿真实验验证。

目录

星载光电跟踪中图像采集处理系统设计与ROI 跟踪方法研究

IMAGE ACQUISITION AND PROCESSINGSYSTEM DESIGN AND ROI TRACKINGMETHOD RESEARCH USE INSPACEBORNE ELECTRO-OPTICALTRACKING SYSTEM

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究意义

1.2 空间目标观测

1.3 星载光电跟踪系统的研究现状

1.4 主要研究内容及论文安排

第2章 图像采集处理系统总体方案设计

2.1 系统任务功能和主要设计指标

2.2 硬件系统总体方案设计

2.3 软件系统总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 图像采集处理系统硬件设计

3.1 图像传感器电路设计

3.2 存储器电路设计

3.3 FPGA 系统电路设计

3.4 时钟与配电系统电路设计

3.5 DSP 系统电路设计

3.6 本章小结

第4章 图像采集处理系统软件设计

4.1 系统主控模块设计

4.2 图像采集系统软件设计

4.3 图像处理系统软件设计

4.4 本章小结

第5章 变窗跟踪方法分析与仿真实验

5.1 变窗跟踪方法分析

5.2 变窗跟踪仿真实验

5.3 下一步工作与可能发展

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

附录1 FPGA 系统电路设计原理图

附录2 变窗跟踪仿真实验程序