基于USB的天文圖像獲取及實時處理系統設計

摘 要:針對某空間目標監視系統的實時目標檢測需求，結合所采用CCD相機的接口形式，本文設計并實現了一套基于USB 2.0的高分辨天文圖像獲取及實時處理系統。首先在深入分析USB 2.0協議的基礎上實現了相機數據獲取接口，其次結合弱小目標檢測算法流程，提出并實現了一種基于DSP+FPGA的可重構實時信息處理機的硬件實現方案。測試結果表明該設計能實現對復雜環境下低信雜比、低對比度的弱小目標的有效檢測，并滿足探測系統實時性的要求。關鍵詞:USB 2.0; 高分辨; 天文圖像; 數據獲取; 實時處理

中圖分類號:TN919-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0106-04

Design of Astronomical Image Acquisition and Processing System Based on USB

QI Rui， HAN Jian-tao， CHEN Zeng-ping

(ATR Key Lab， National University of Defense Technology， Changsha 410073， China)

Abstract: Aiming at the real-time processing requirement of one detecting system for space targets， a high resolution astronomical image acquisition and real-time processing system based on USB 2.0 is designed combining with the interface form of CCD camera. Firstly it thoroughly analyzes the USB 2.0 protocol and realizes the data interface. Then a project of reconfigurable real-time processor based on DSP+FPGA is put forward combining with the flow of dim small target algorithm. The testing results show that the design can realize effective detection of dim small target with low SNR. Furthermore the real-time requirement is satisfied.Keywords: USB 2.0; high-resolution; astronomical image; data acquisition; real-time processing

0 引 言

電荷耦合器件(charge coupled device，CCD)分為3個等級:商業級、工程級和科學級。3個級別的要求一級比一級高。科學級CCD以其高光子轉換效率、寬頻譜響應、良好的線性度和寬動態范圍等優點被廣泛用于天文觀測[1]。短短十幾年來，各大天文臺的主要望遠鏡均將CCD系統作為主探測器，CCD通常已成為天文觀測必不可少的后端設備。而針對于空間目標監視的天文探測系統中，由于目標運動角速度快，要求盡可能快的檢測到復雜背景中的弱小運動目標，這對高分辨天文圖像的實時獲取與實時處理提出了更高的要求。隨著接口技術的發展，目前科學級CCD相機接口有Camlink、Ethernet、USB、1394等數據接口。而USB[2]接口是近幾年來發展較快的接口技術之一。

由于利用通用計算機進行USB數據傳輸占用計算機的CPU資源，所以隨著CCD像素數及相機幀頻的增加，使用通用計算機進行數據獲取并利用其進行數據處理已經無法滿足探測系統的實時性能要求。……