[发明专利]一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高光谱图像混合像元实时分解芯片及实现方法。

技术背景

遥感器所获取的地面反射或发射光谱信号是以像元为单位记录的。它是像元所对应的地 表物质光谱信号的综合。图像中每个像元所对应的地表，往往包含不同的覆盖类型，他们有 着不同的光谱响应特性。而每个像元则仅用一个信号记录这些“异质”成分。若该像元仅包含 一种类型，则成为纯像元(pure pixel)，它所记录的正是该类型的光谱响应特征或光谱信号； 若该像元包含不止一种土地覆盖类型，则形成混合像元(mixed pixel)。混合像元所记录的是 对应不同土地覆盖类型光谱响应特性的综合。

受遥感器的空间分辨率有限制以及自然界地物的复杂多样性的影响，混合像元普遍存在 于遥感图像中，如野外测得的植物光谱多为植物及其下垫面土壤的混合光谱(往往还包含阴 影)，即使裸露的地表(无植被或少植被覆盖)也是不同类型的土壤、矿物等的混合光谱。

混合像元的存在使传统的像元级遥感分类和面积测量精度难以达到使用的要求。为了提 高遥感应用的精度，解决混合像元的分解问题变得非常必要。

现有的技术分解高光谱图像混合像元一般是基于各种操作系统设计的应用软件完成的， 它主要适合事后处理，不能完成对实时分解高光谱图像混合像元。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于FPGA的高光谱图像处理芯片，使计 算机技术、数字图像处理技术与现代FPGA技术相结合，可以实现高光谱图像数据的高速、 实时处理。并可根据不同需要制定不同IP核硬件易于升级，以满足未来多种功能的需要，以 实现更好更多的功能，降低成本提高性价比。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在于基于SoC完成高光谱 图像混合像元实时分解芯片的设计，该设计的具体步骤如下：

(I)高光谱混合像元分解方法确定；

(II)高光谱图像混合像元实时分解芯片设计参数确定；

(III)高光谱图像混合像元实时分解芯片系统设计；

(IV)高光谱图像混合像元实时分解芯片设计软件编写；

(V)高光谱图像混合像元实时分解芯片设计仿真；

(VI)高光谱图像混合像元实时分解芯片的FPGA实现。

其特征还在于上述第(I)确定了基于片上系统(SoC)完成混合像元分解的最佳方法， 第(II)给出了高光谱图像混合像元实时分解芯片设计的各种参数，第(III)、第(IV)、第 (V)采用超高速集成电路硬件描述语言完成芯片的设计，第(VI)基于可编程门阵列完成 了高光谱图像混合像元实时分解芯片的实现，芯片设计软件由五种模块组成，它们是(1)数 据读入模块、(2)矩阵自相关计算模块、(3)矩阵奇异值分解模块、(4)矩阵伪逆计算模块、 (5)像元投影分解端元模块，芯片采用自顶向下(Top-Down)的层次化结构设计方法。

所述的一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在于给出了高光谱图 像混合像元实时分解芯片设计优化参数。

所述的一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在于采用可编程门阵 列完成高光谱图像混合像元实时分解芯片设计。

所述的一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在数据读入的控制是 通过以下步骤来实现的：

1)先向数据接收模块传送开始信号；

2)数据入模块采取两个RAM协调接收数据，一个RAM的数据送下一模块，另一个 RAM接收数据；

3)每传完一个像元数据，两个RAM的工作状态调换，并产生一个启动信号给下一模块；

4)当所有数据传完，向芯片发送终止信号。

所述的一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在于矩阵自相关计算 是通过以下步骤实现的：

1)接收数据读入模块的信号后启动；

2)数据由定点转换为单精度浮点型数据；

3)调用模块32个乘法累加器并行工作，结果存入寄存器中；

4)当矩阵自相关计算完成后向矩阵奇异值分解模块发送启动信号并传送数据。

所述的一种设计高光谱图像混合像元实时分解芯片的方法，其特征在于系统的精度采用 浮点型数据类型。