无人机地面站图像预处理系统的设计与应用

第41卷第4期2011年7月航空计算技术

AeronauticalComputingTechnique

Vol．41No．4Jul．2011

无人机地面站图像预处理系统的设计与应用

李大健，贾

伟，臧频阳，孙美蕊

（西北工业大学365所，陕西西安710072）

摘

要：为了实现无人机侦察图像的图形字符叠加和预处理，设计了与系统主计算机松耦合的图

系统基于DSP技术，通过串行接口控制叠加信息的内容和位置以及滤波增强算法切像处理系统，

换，系统封装于独立外置的1U机箱中，有效减小了其与主控制计算机间的相互干扰。对系统组实验结果表明，系统实现满足性能指标要求，滤波增强功能成原理和软硬件实现进行了详细介绍，

高效实时，其设计思想对同类型系统具有一定借鉴意义。关键词：无人机；地面站；图像处理；叠加中图分类号：TP335

文献标识码：A

文章编号：1671-654X（2011）04-0115-03

DesignandApplicationofVideoImagePreprocessingSystemforUAVGroundControlStation

LIDa-jian，JIAWei，ZANGPin-yang，SUNMei-rui

（Institute365，NorthwesternPolytechnicUniversity，Xi'an710072，China）

Abstract：InordertooverlapgraphicsandcharacteronUAVreconnaissanceimageaimagepreprocessingsystemwhichislooselycoupledwithcontrolcomputerisdesigned．TheDSPtechniquebasedsystemiscontrolledthroughRS232serialporttoreceiveoverlappinginformationandtoswitchimagefilteringandenhancingalgorithms．Theinterferencebetweenpreprocessingsystemandthecontrolcomputerislargelyreducedbypackagingthepreprocessingsysteminaseparatestandard1Ubox．Thesystemprincipleanddesignisdescribedindetail．Testresultsshowthatthesystemmeetsallthefeatureandfunctionrequire-ments，theimagefilteringandenhancingfunctioniseffectiveandreal-time．Thedesignconceptofthissystemcanbeusedforreferenceforsimilarsystemdesign．Keywords：UAV；GCS；imageprocessing；overlapping

引言

在侦察型无人机系统中，通常由机载光电任务载

经无线电信道系荷获取侦察区域的光学或红外图像，

统实时发送到地面控制站，任务载荷操纵人员依据图

像内容操控载荷设备获取更详细的目标信息，同时无人机飞行操纵和领航操纵人员也观察侦察图像辅助操作。为便于任务载荷操纵人员操作，需将获取图像时的光轴中心和指定的光轴中心以十字丝的形式标注在图像上，通常还需要将时间信息以及无人机大地坐标等信息叠加于图像的边角位置，将定位校射系统计算的目标坐标叠加于图像目标周围，便于侦察情报人员做出分析。另外一些图像预处理功能如滤波、增强和反相等也能改善图像效果，辅助操纵人员做出正确判断。基于这样的功能要求，地面控制站都具有一套图

收稿日期：2010－09－25

修订日期：2011－06－01

像预处理系统实现以上功能，由于使用环境条件的苛

刻，前期的系统多数采用价格昂贵的进口插卡式图像处理板，与任务控制计算机一起实现图像预处理。这样的系统通过图像处理板实现了图像的数字化及存储，利用板卡的驱动可以编制程序实现字符及图形的叠加以及简单的图像预处理，输出合成的模拟图像驱动视频监视器。实际使用遇到很多问题难于解首先这些功能占用任务控制计算机时间影响载荷决，

实时操纵，其次这种板卡与宿主机的紧耦合方式易造成主机死机。因此需要研制一种与任务控制计算机松耦合工作的图像预处理系统。

1系统原理

图像预处理系统主要实现任务侦察图像的数字

作者简介：李大健（1966－），男，河南漯河人，高级工程师，硕士，主要研究方向为无人机控制与导航、信息处理。

·116·航空计算技术第41卷第4期

化、图像预处理、字符图形叠加、复合图像的模拟输出等功能。图像预处理主要包括图像冻结与释放、滤波增强等

［1］

。叠加的信息包括北京时间/任务时间、飞行

平台坐标、摄像机光轴十字丝、目标的定位坐标等，用于辅助任务控制系统实现载荷的实时定位与校射和图像监视功能。

系统主要由基于TI公司TMS320DM642芯片的处理电源模块、滤波单元和1U机箱等组成，如图1所示

。板、

帧头滤波算法代码十字丝位置时间日期飞机坐标

另一部份图像预处理系统软件为嵌入式软件，完成

指令的接收，图像的数字化及图形字符叠加，以及图像滤波增强处理等。两部分软件中对数据处理的实时性要求很高，时延应尽可能小，以保证实时显示飞行图像。嵌入式软件开发环境为TI公司的CCS集成开发环境，通过连接标准的DSP仿真机，用户在成熟友好

2011年7月李大健等：无人机地面站图像预处理系统的设计与应用·117·

的CCS集成开发环境下，用标准的C语言编写自己的嵌入式图像处理算法，通过上位PC机的程序编辑来获取目标板的烧写文件，然后便可以脱离PC机单独运行。目标板加电后可独立完成图像处理、数据传输等功能。开发系统提供基于DSP/BIOS的实时操作系统软件平台、板级开发库cslDM642．lib等，极大地提升了嵌入式软件的开发效率

［4］

。

图5系统生成图像画面示意

图3

上位机软件功能示意图

4结论

图像预处理系统作为一个完整的功能单元被封装

于1U的加固机箱中独立工作，通过串口指令控制其完成图形字符叠加和图像滤波增强处理，有效隔离了与主机系统的相互干扰，增强了系统的健壮性。系统通过飞行试验已随某无人机系统定型。参考文献：

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