某空间CMOS相机的FPGA软件系统设计

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近年来,CMOS相机作为一种新的空间遥感成像技术,已广泛应用于空间遥感和空间监测。CMOS传感器由于采用标准CMOS制造工艺,集成了AD转换以及底层驱动电路,使得CMOS图像传感器非常有利于FPAG(Field ProgrammableGate Array)即现场可编程门阵列对其像元进行操作。FPGA,是一个逻辑门阵列可编辑元件,使用者可以现场程式化。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic CellArray)的概念,内部包括内部连线(Interconnect)、可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)和输出输入模块IOB(InputOutput Block)三个部分。FPGA是以CPLD、PAL、GAL等可编辑器件为基础发展起来的,FPGA的工作状态是通过存放在片内RAM中的程序来设置的,故工作时须对片内的RAM编程。用户可通过不同的编程方式,来实现不同的配置模式。FPGA不断向高集成度、大容量、高速、低功耗、低价位的方向发展,目前最高水平的FPGA已采用65nm、11层铜布线,规模已达到330000个逻辑单元和1200个用户I/O,速度已达到550MHz,这也使得FPGA被越来越多的用于航天器电路设计中。本文进行了某空间CMOS相机的FPGA软件设计及分析研究,从CMOS图像传感器的特点和相机任务需求分析出发选用FPGA器件,来实现CMOS接口驱动、图像采集、图像缓存压缩以及数据传输功能。按照相机的功能,FPGA软件划分为CMOS时序、数据采集、图像压缩、数据输出接口、主控制等功能模块。在控制模块中,实现了对CMOS探测器的自动曝光控制;在图像压缩环节,采用了基于小波变换的CDF9/7双正交变换算法以及SPIHT编码方法实现8:1和2:1图像压缩。通过了仿真验证、静态时序分析和外景成像,表明FPGA软件功能满足要求且系统运行稳定。
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