基于GigE接口的轻小型相机研究

随着无人机平台的飞速发展,无人机遥感技术已从研究阶段过渡到实用化阶段,短短几十年,从最初的战场侦察、早期预警等军事应用扩展到资源探测、气象观测及处理突发事件等诸多领域。光电载荷作为无人机遥感的核心设备,其发展方向主要为轻小型、低功耗、高分辨率以及高光谱等。本文针对无人机遥感的应用背景,设计了一套基于GigE接口的轻小型可见光相机电路系统,并从自动曝光控制、成像系统的动态范围及响应线性度等方面展开深入研究。论文的主要研究工作有:(1)介绍了无人机遥感技术的国内外发展现状以及未来的发展趋势。从轻小型电路角度出发,针对图像传感器选择、处理器选择、数传电路以及电路板结构这四个方面进行综合设计。(2)完成相机电路的硬件设计(原理图设计与PCB绘制),包括LUPA1300-2驱动电路、GigE接口电路以及电源电路,研究内容主要有高速数字电路、信号电源完整性和低功耗电源电路等。(3)完成相机系统的软件设计,采用Verilog HDL实现FPGA逻辑驱动、通信连接以及数据传输等功能;采用VC++编写基于WinPcap技术的数据采集软件,实现对相机的显控功能。(4)阐述了相机自动曝光控制的原理,提出了基于亮度直方图的自动曝光控制方法,并在FPGA内部实现实时控制。(5)分析对比CMOS图像传感器动态范围扩展技术,采用多斜率积分线性恢复技术提高CMOS图像传感器的动态范围及响应线性度,并在LUPA1300-2成像系统中验证了该方法的有效性。(6)总结论文的研究成果及不足之处,并提出进一步研究工作。