紫外辐射检测的嵌入式双光谱图像采集及数据处理系统设计

摘要

当前电力公用事业部门应用了一系列手段来检测传输线以及配电设备。可见与紫外双光谱相机成为了这些部门最新的可视化诊断工具，以识别电力设备中的潜在破损。本课题在对位于日盲波段的深紫外辐射进行研究与分析的基础上，选择合适的整体电子系统软、硬件框架，设计了一套嵌入式双光谱图像采集与数据处理系统，实现紫外信号与可见光背景双光谱图像的采集、处理、叠加、显示、存储等功能。
　　 本文在DSP+FPGA构建的便携式硬件平台上，实现了实时化采集可见与紫外双通道图像数据，并进行了进一步的图像格式转换、双通道图像叠加与图像分析。其中紫外光通道为检测到极微弱的电晕，采用了进口的紫外探测器，即带碲化铯光电阴极的像增强管作为接收检测装置，分辨率可达单光子计数水平。可见光通道以三百万像素的高速CMOS图像传感器确保了图像的清晰度。
　　 系统整体软件建立在支持多通道、多算法的RF5参考框架之上，既使框架的搭建、算法的添加变得简单，又确保了系统的实时运行速度。经过处理后的图像可以输出到液晶屏与寻像器进行显示，也可对选定的合适图像进行压缩与存储，以便进一步分析。最后介绍了系统调试过程中的一些实用经验与方法，且在实际高压变电站现场电晕检测中，与国外同类进口仪器进行比对实验，得到了较好的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外相关领域研究现状

1.2.1国内外研究现状与难点分析

1.2.2常见结构特点

1.3本课题研究内容与目标

1.3.1研究内容

1.3.2研究目标

2 紫外探测器工作原理与系统硬件结构介绍

2.1紫外通道图像采集原理与器件功能介绍

2.1.1紫外探测器工作原理

2.1.2紫外探测器灵敏度计算

2.1.3光纤耦合结构介绍

2.2系统总体布局

2.3硬件电路总体结构

2.4主芯片与开发板介绍

2.4.1主芯片介绍

2.4.2 DSP开发板介绍

3 可见光通道图像采集CMOS电路与驱动程序

3.1可见光成像CMOS芯片介绍

3.2可见光通道图像采集CMOS与DSP接口电路

3.3 CMOS寄存器概述

3.4 I2C总线读写寄存器方法

3.5 CMOS图像数据格式与同步方法

3.6 CMOS与DSP驱动软件程序接口

4 系统软件体系——参考框架RF5

4.1 eXpressDSP软件参考框架总述

4.1.1参考框架等级与结构

4.1.2参考框架使用方法

4.1.3各组件清单

4.2 RF5概述

4.2.1 RF5特点

4.2.2适用于RF5的程序

4.2.3 RF5结构与模块等级

4.3程序配置与启动

4.4系统软件流程与任务调度方法

4.4.1软件总体结构与流程

4.4.2 main O 函数——系统各模块、通道、任务的初始化

4.4.3 tskVideoInput线程——图像采集、格式转换与叠加处理

4.4.4 tskVideoOutput线程——图像显示

4.4.5 tskEncode线程——图像编码

4.4.6 tskDeeode线程——图像解码

4.4.7 tskGPIO线程——OSD字幕显示与菜单操作

4.4.8 SCOM模块——同步通信及不同运行速率线程间的数据通信

4.5通道与算法结构

4.5.1 CHAN模块——通道管理

4.5.2 ALGRF模块——算法实例

4.5.3 ICELL接口——作为算法容器的细胞

4.5.4 ICC模块——细胞间通信

4.5.5添加JPEG算法至RF5

4.6输入输出与驱动

4.7调试工具

4.7.1 DSP/BIOS实时分析工具

4.7.2 UTL模块

5 SD卡接口电路与图像存储程序

5.1 SD卡与DSP接口电路

5.2 SD卡图像存储主程序流程

5.3 SPI主控模式的DSP配置与SD卡初始化

5.3.1将DSP配置为SPI主控模式

5.3.2将SD卡配置为SPI模式

5.4 SPI总线读写方法

5.5 FAT文件系统的建立

6 现场测试结果比较与分析

6.1 220kv变电站现场测试结果比较与分析

6.2 500kv变电站现场测试结果比较与分析

6.3系统参数配置与调试经验总结

7 总结与展望

参考文献

作者简历及硕士在学期间所取得的科研成果