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题名:
高分辨率测量图像的存储与压缩技术研究
作者: 张峰
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 吴钦章 ; 任国强
关键词: 高分辨率,测量图像,存储,传输,图像压缩
学位专业: 信号与信息处理
中文摘要: 光电经纬仪是测量飞行物体运动轨迹、姿态等参数,以及事态记录的精密光电跟踪测量设备,由于光电经纬仪具有测量精度高,目标影像直观性强、能够事后复现等特点,长期以来一直广泛应用于天文观测、机器视觉、交通监控、可视预警等领域。光电经纬仪除了能够实现目标跟踪外,还具有图像记录功能,对目标在各个阶段的运行实况进行实时记录,以事后重现的形式提供实况资料,用于评估和判读。由于高帧频,高分辨率CCD相机的不断出现,像素元从320*240到1600*1200甚至到了9K*9K,帧频也从1f/s到200f/s,甚至1000f/s以上,数据量成级数增加,因此如何完成对高速高帧频相机数据的实时记录,成为本课题的研究问题和方向。课题从实际工程需要出发,围绕高分辨率测量图像的高速实时存储展开研究,提出了一套适用于光电经纬仪的存储方案。
通过分析高速存储协议,比较基于并行存储方案(如ATA,SCSI)和串行存储方案(如SATA,SAS)的优缺点,选择并实现了基于串行协议的嵌入式存储。并行存储方式支持的存储速度有限,同时由于总线竞争、冲突又降低了总线的利用率,而串行存储协议采用高速差分线进行传输,不会出现数据的串扰等问题,同时具有升级简单等优点,目前,基于串行协议的存储设计,已成为高速存储设计的主流。
在深入理解SATA与SAS协议的基础上,分别设计并实现了基于SATA与SAS的高速嵌入式存储,首先完成系统的硬件平台设计,软件平台涉及到操作系统的选择与移植。操作系统选择嵌入式linux, 移植包括boot loader,内核的裁减与编译,文件系统的加载等。若磁盘以RAID0的方式工作,可实现约300MB/s的存储速度,满足光电经纬仪的存储要求。
在传统的光电存储系统中,首先将采集的图像数据存储到存储介质中,事后对数据进行回放、判读,不利于现场诊断与调试。如何能在保证记录数据不丢失的情况下,同时对采集到的CCD图像数据进行快速浏览?若直接对数据传输,会对带宽提出很高要求,而基于图像特征和人眼的视觉特性,图像数据有很多冗余可以被压缩,以减少传输数据量,因此需要引入传输和压缩技术。
通过传输模块将CCD相机数据从采集模块传输给压缩模块,为压缩模块提供数据源。传输模块有EMIF接口和SRIO接口二种方式,可实现250MB/s-320MB/s的传输速度,压缩模块可选用JPEG或JPEG2000压缩算法,完成对高分辨率测量图像数据的压缩。以JPEG算法为例,选用C64×+平台,对1024×768的图像,可实现约25f/s的压缩速度。
本课题从实际工程项目出发,针对高分辨率测量图像的高速存储与压缩技术展开研究,从理论上对高速串行存储协议进行深入分析,实现了基于SATA与SAS的嵌入式存储; 通过对传输协议的分析,实现了基于EMIF和SRIO二种传输方式,为图像压缩提供了数据源; 同时,分析压缩算法标准后,实现了针对高分辨率测量图像的压缩,即课题实现的系统平台集存储,传输,压缩于一体,本文的研究成果对进一步提高光电测量系统的应用前景,具有较高的理论指导意义和工程应用价值。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/598
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张峰. 高分辨率测量图像的存储与压缩技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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