一种基于无人机挂飞的搜索跟踪系统的制作方法

本发明涉及数字图像处理领域，特别是搜索跟踪与成像系统。

背景技术：

数字图像处理技术的快速发展使其在各个领域的应用愈加广泛。高清摄像与无人机的组合，能够有效的进行图像侦查与情报获取，并锁定目标进行跟踪，侦查打击一体化在军事领域中发挥着越来越重要的作用。

随着高清视频技术的发展，视频数据处理系统在速度、数据吞吐率、精度等方面有了更高要求。然而由于实时图像采集与处理系统要求处理器具有较高的数据带宽和处理速度，这对于多数dsp+fpga的方案，功耗较高且系统又变得复杂，成品也难以达到小型化，难以应用于小型无人机等领域。

技术实现要素：

为了解决现有dsp+fpga的方案，功耗较高、系统复杂，成品难以小型化，难以应用于小型无人机的问题，本发明提出了一种基于无人机挂飞的搜索跟踪系统。

一种基于无人机挂飞的搜索跟踪系统，其特征是包括处理器zynq7,高速缓存芯片ddr3sram，程序存储芯片flashn25q256，标签存储芯片at24c08，外挂大容量存储芯片nandflashmtfc64gd，千兆网口，同步串口，422接口，232接口芯片，电源管控模块；处理器zynq7完成外部图像数据接收，解析后图像存入高速缓存芯片ddr3中，完成搜索跟踪运算并通过同步串口和rs422接口将控制信息发送给外部伺服控制系统，同时按照指令要求，处理器zynq7将本次工作信息存储在标签存储芯片at24c08中，将所需时段的图像存储在外挂大容量存储芯片nandflashmtfc64gd内部供后续读取分析，程序存储芯片flashn25q256用于处理器zynq7固化程序存储，千兆网口用于原始图像传输，rs232接口用于处理器zynq7内部arm系统的调试使用；电源管控模块对系统内部功率型芯片均进行休眠管理设计，全部器件电源均分开可控，根据不同运行状态切换整板或部分器件为休眠模式。

进一步，所述的搜索跟踪运算包括，处理器zynq7的pl端(可编程逻辑)使用camlink协议解析模块完成高帧频高清图像数据的接收，将实时视频中的图像数据按照固定格式进行尺度变换获取目标基准图，通过axi总线和高速缓存芯片ddr3发送给处理器zynq7的ps端(双核处理器cortex-a9)，ps端根据指令信息截取基准图中目标坐标区域的图像数据制备目标跟踪模板，将目标模板通过axi总线发送给pl端；处理器zynq7的pl端利用基准图和目标跟踪模板完成去均值归一化积相关运算，并将相关矩阵数据通过axi总线发送回处理器zynq7的ps端；处理器zynq7的ps端读取积相关结果并进行极值搜索和主次峰比运算，进而求得目标位置坐标，并将目标位置坐标通过axi总线回传至处理器zynq7的pl端，其将位置坐标信息通过控制通信模块发送给控制系统，完成目标搜索跟踪。

进一步，所述的处理器zynq7内部的pl和ps均可以通过axi总线的hp高速口访问高速缓存芯片ddr3存储器，pl端完成数据采集、基准图的制备放入高速缓存芯片ddr3，ps端制备目标跟踪模板时可以直接调用图像数据，截取图像信息、搜索跟踪控制功能由axi总线gp慢速口完成通信功能。

本装置具有集成度高、实时性好、功耗和成本低等优点，可满足无人机载荷等低功耗、小型化应用场合。

本发明充分利用zynq7自带arm核处理器(即ps端，最高主频达800mhz)的特点，用zynq7的arm核代替原有目标识别和跟踪技术常用的dsp处理器，这样有效降低了平台功耗和成本，减少了集成电路使用，增强了平台集成度，增强了平台处理的实时性。

利用zynq7通用lvdsio实现高清数据采集，采用zynq7内部逻辑实现camlink数据传输协议，可完成超高帧频数据接收，减少了两片camlink接口芯片的使用。

还有，通过zynq7内部处理器专用接口实现uart、网口等通信接口功能和nandflash、ddr3等存储接口，提升了系统的灵活性、集成度，节省硬件资源且方便接口扩展，丰富了对外通信接口类型，提升了平台的适用性。

附图说明

图1是本发明搜索跟踪系统处理平台框图，

图2是本发明目标识别跟踪流程图，

图3是本发明zynq7内部架构优化，

图4是本发明平台电源拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

一种基于无人机挂飞的搜索跟踪系统，如图1所示，包括处理器zynq7,高速缓存芯片ddr3sram，程序存储芯片flashn25q256，标签存储芯片at24c08，外挂大容量存储芯片nandflashmtfc64gd，千兆网口，同步串口，422接口，232接口芯片，电源管控模块。处理器zynq7完成外部图像数据接收，解析后图像存入高速缓存芯片ddr3中，完成搜索跟踪运算并通过同步串口和rs422接口将控制信息发送给外部伺服控制系统，同时按照指令要求，处理器zynq7将本次工作信息存储在标签存储芯片at24c08中，将所需时段的图像存储在外挂大容量存储芯片nandflashmtfc64gd内部供后续读取分析，程序存储芯片flashn25q256用于处理器zynq7固化程序存储，千兆网口用于原始图像传输，rs232接口用于处理器zynq7内部arm系统的调试使用；电源管控模块对系统内部功率型芯片均进行休眠管理设计，全部器件电源分开可控，可根据不同运行状态切换整板或部分器件为休眠模式。

目标搜索跟踪运算功能如图2所示，处理器zynq7的pl端使用camlink协议解析模块完成高帧频高清图像数据的接收，将实时视频中的图像数据按照固定格式进行尺度变换获取目标基准图，通过axi总线和高速缓存芯片ddr3发送给处理器zynq7的ps端，ps端根据指令信息截取基准图中目标坐标区域的图像数据制备目标跟踪模板，将目标模板通过axi总线发送给pl端；处理器zynq7的pl端利用基准图和目标跟踪模板完成去均值归一化积相关运算，并将相关矩阵数据通过axi总线发送回处理器zynq7的ps端；处理器zynq7的ps端读取积相关结果并进行极值搜索和主次峰比运算，进而求得目标位置坐标，并将目标位置坐标通过axi总线回传至处理器zynq7的pl端，其将位置坐标信息通过控制通信模块发送给控制系统，完成目标跟踪功能。

zynq7内部架构如图3所示，该处理架构结合当前图像处理算法和处理器zynq7的特点，首先处理器zynq7内部的pl和ps均可以通过axi总线的hp高速口访问高速缓存芯片ddr3存储器，pl端完成数据采集、基准图的制备放入高速缓存芯片ddr3，ps端制备目标跟踪模板时可以直接调用图像数据，减少了zynq7芯片内部pl端和ps端的数据交互量，有效节约了数据传输时间，提升了系统处理实时性，而截取图像信息，搜索跟踪控制等功能由axi总线gp慢速口完成通信功能。该设计充分发挥了处理器zynq7芯片的ps端和pl端在信号处理方面各自的优势，增强了信号处理的灵活性、可实现性以及快速处理能力。

本发明在传统fpga+dsp架构基础上进行优化，选择内嵌arm处理器的fpga芯片zynq7，单片处理器即实现了原fpga与dsp芯片的功能，并且内部传输axi总线解决了传统架构中多片处理器间大数据传输的带宽占用的问题，使该平台具有小型化，低功耗的特点，且具有足够的处理能力与接口资源。该平台利用zynq7的pl端并行运算处理速率快的优势，完成图像数据采集、图像增强、去均值归一化等图像处理功能，利用zynq7内部axi总线完成大数据传输与通信控制传输功能，zynq7的ps端挂载linux系统完成跟踪模版制备，搜索跟踪并且通过千兆网口完成图像存储功能。

本发明电源管控模块如图4所示，充分考虑无人机挂飞情况下低功耗的特点，精简硬件架构，选用芯片均为低功耗芯片，并且对内部功率型芯片均进行休眠管理设计，处理平台上所有电源分开可控，可根据不同运行状态切换整板或部分器件为休眠模式。在平台处理强度最大的情况下，最大功耗为9w，远低于同类型其他平台。同时，该平台支持待机模式，可通过简单逻辑控制实现整板断电和上电。