CC BY
48
УДК 621.384.3 В.С. Гугля
ФГУП «ЦКБ "Точприбор"», Новосибирск
УНИФИЦИРОВАННЫЙ МОДУЛЬ ОБРАБОТКИ ВИДЕОСИГНАЛА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ПРИБОРОВ НАБЛЮДЕНИЯ
Основными параметрами тепловизионных приборов (ТпВП) наблюдения являются дальности обнаружения, классификации и распознавания цели, которые, прежде всего, зависят от температурной чувствительности и пространственного разрешения прибора, а также от качества полученного изображения. В свою очередь, качество изображения зависит от динамического диапазона, контраста, яркости, разрешающей способности, отношения сигнал/шум и способности отображать уровни температуры деталей объекта наблюдения. В настоящее время наилучшими параметрами для приборов наблюдения обладают ТпВП с фотоприемным устройством (ФПУ) на основе одной или нескольких линеек чувствительных фотоэлементов. Формирование изображения в подобных ТпВП осуществляется механическим сканирующим устройством. Наибольшее распространение получили зонное сканирование с помощью многогранной призмы и сканирование колеблющимся зеркалом. Полученный видеосигнал перед выводом его на экран устройства отображения информации (УОИ) необходимо преобразовать и обработать в соответствии с принципами построения телевизионных систем. При этом изображение на экране УОИ может быть улучшено применением методов цифровой фильтрации шума, повышения четкости изображения, увеличения динамического диапазона и т. д. Для реализации необходимых алгоритмов преобразования и обработки сигнала ТпВП был разработан унифицированный модуль обработки видеосигнала (МОВ), который может быть использован в составе различных оптико-электронных средств наблюдения.
МОВ представляет собой специализированный вычислитель с конвейерной обработкой данных (рис.). Обязательным набором устройств обработки являются: плата аналого-цифрового преобразователя (АЦП), плата контроллера (ПК) и плата цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Для расширения вычислительных возможностей МОВ предназначены платы расширения (ПР). Количество плат расширения зависит от количества и сложности применяемых алгоритмов обработки. Все платы МОВ и плата вторичного источника питания устанавливаются на плате трассировки. Плата трассировки имеет несколько сквозных шин и шины для последовательного соединения между собой устройств, необходимых для конвейерной передачи данных от входа к выходу МОВ. Такая организация позволяет осуществлять всю обработку видеосигнала в реальном масштабе времени в течение нескольких периодов тактовой частоты. Основой всех устройств обработки являются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) с высокой степенью интеграции. Каждая плата имеет от двух до четырех банков 12-разрядной оперативной памяти (ОЗУ), объем которой достаточен для записи кадра телевизионного изображения.
ФПУ АЦП ПР ПК ЦАП УОИ
т -- * Г * Г * ш 14 \
1 1 1 г 1 1 1 1 1 1
Рис. Функциональная схема модуля обработки видеосигнала
Основной функцией устройств, расположенных на плате АЦП, является преобразование входных аналоговых сигналов в 12-разрядный цифровой параллельный код и реализация некоторых функций обработки. Кроме того, здесь вырабатываются сигналы, необходимые для нормальной работы устройств, входящих в состав приемного устройства: модуля сканирующего устройства, коммутатора каналов ФПУ, модулей охлаждения эталонных излучателей, и т. д. Плата имеет четыре аналоговых дифференциальных входа, предназначенных для подключения ФПУ, имеющего до четырех линеек фоточувствительных элементов (например, ФПУ с организацией 4 х 288 элементов) или для подключения телевизионных устройств (например, дневной и ночной видеокамер).
На плате ЦАП расположены устройства, необходимые для преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму. Кроме того, здесь формируется визирная сетка и служебная информация, которые затем замешиваются в выходной видеосигнал. Выходной сигнал формируется в виде полного видеосигнала по ГОСТ 7845-92.
На ПК находятся устройства, необходимые для управления режимами работы ТпВП, настройки прибора, диагностики и связи с внешним оборудованием. В своем составе контроллер имеет FLASH-память, энергонезависимую память, оперативную память, два интерфейса RS-232, четыре интерфейса RS-422, восьмиканальный АЦП и другие интерфейсные устройства. Через один из интерфейсов RS-232 подключаются пульт управления прибором, на котором расположены все органы управления ТпВП. Через интерфейсы RS-422 можно обмениваться информацией с внешними устройствами, например с дальномером. Устройства МОВ обмениваются данными с контроллером по шине управления. Все настроечные параметры хранятся в постоянном запоминающем устройстве контроллера. В момент включения прибора эти параметры перезаписываютсяв регистры соответствующих устройств.
Плата расширения служит для расширения вычислительных возможностей МОВ. В своем составе она имеет четыре банка кадровой памяти, FLASH-память, энергонезависимую память, интерфейсы RS-232 и RS-422.
Все устройства, входящие в МОВ, имеют в своем составе регистры управления. Значения этих регистров определяют режимы работы соответствующих устройств. Регистры могут быть настроечные и
оперативные. Значения оперативных регистров задаются с пульта управления ТпВП, а значения настроечных регистров определяются во время настройки прибора на предприятии и хранятся в постоянном запоминающем устройстве контроллера МОВ. Настройка прибора производится с внешнего компьютера, который соединяется с контроллером с помощью последовательного интерфейса RS-232. Для настройки ТпВП разработана программа настройки, работающая под управлением операционной системы Windows.
Программа настройки, предназначенная для ТпВП с зонным сканированием, выполняет следующие функции:
- запись-считывание регистров и памяти МОВ (значения регистров и данных отображаются в десятичной, двоичной или шестнадцатеричной системе);
- Сдвиг тактовых импульсов;
- Сдвиг импульса привязки;
- Установку ширины импульса привязки;
- Сдвиг импульса выравнивания чувствительности ФПУ;
- Установку ширины импульса выравнивания;
- Сдвиг импульса синхронизации сканера;
- Сдвиг линеек ФПУ относительно друг друга;
- Установку степени временной фильтрации;
- Установку степени пространственной фильтрации;
- Установку степени апертурной коррекции;
- Выверку марки;
- Установку яркости марки;
- Установку масштаба изображения;
- Проверку отображения дальности и угла места цели на экране УОИ;
- Считывание любых строк и столбцов из любого ОЗУ и отображение их графиков в режиме «электронного осциллографа» на экране монитора компьютера; имеется возможность хранения осциллограмм в виде файлов;
- Считывание диаграммы яркостей и гистограммы амплитудной коррекции и отображение их графиков на экране монитора компьютера с возможностью их хранения в виде файлов;
- Считывание изображения из ОЗУ и хранение в виде файлов;
- Диагностику всех устройств и ОЗУ;
- Запись в ОЗУ тестовой таблицы;
- Считывание состояния регистров в начале загрузки и использование их в качестве исходных, установку регистров по умолчанию, запись и считывание их из файла.
При добавлении новых устройств в МОВ добавляются и новые функции в программу настройки.
В заключение следует отметить, что описанный выше модуль успешно прошел испытания в составе ТпВП наблюдения.
© В.С. Гугля, 2007
