[发明专利]一种空间合作目标小型化成像装置

说明书

本发明涉及一种空间合作目标小型化成像装置，包括定焦光学系统、高分辨率CMOS图像传感器芯片、FPGA主控芯片、高速数据缓存芯片和显示设备，其中定焦光学系统和高分辨率CMOS图像传感器芯片完成空间合作目标的光电转换，并将高分辨率图像数据输出到FPGA主控芯片；FPGA主控芯片用于高分辨率CMOS图像传感器的成像驱动、高分辨率图像数据的采集、片外高速缓存芯片的读写控制、灰度直方图统计、自动调光参数计算以及根据异步串口指令完成缓存高分辨率图像数据的数字变倍等。本发明的成像装置实现多个视场下对空间合作目标的清晰成像，且能呈现出适合人眼观察的大小，体积小，可靠性高。

技术领域

本发明涉及空间目标成像探测技术领域，特别是涉及到一种空间合作目标小型化成像装置。

背景技术

近年来，我国航天发射任务越来越频繁，其中，空间合作目标的成像装置在航天器自动交会对接、空间目标姿态测量等多个空间应用场景中发挥了重要的作用。由于空间环境的特殊性，要求空间合作目标的成像装置在高动态范围成像条件下能够正常工作，满足阳照区和阴照区的成像需求；同时，在满足成像技术指标要求的前提下，要求成像装置做到轻量化和小型化。

在多个应用场景中，例如航天器自动交会对接时，空间合作目标成像距离范围很大，近的距离在1米以内，远的距离超过了100米。同时，在显示设备分辨率不变的条件下，需要保证目标在显示设备中的成像大小适合人眼观察。当前已研制出的空间合作目标成像设备，或者采用多个定焦镜头的方式，远距离目标成像时使用大视场定焦镜头，近距离目标成像时使用小视场定焦镜头，但是该方式大幅度增加了体积和重量，无法满足轻量化和小型化的要求；或者采用一个变焦镜头，通过变焦的方式解决不同距离下目标成像的问题，但是该方式需要加入航天员手动对焦的步骤，或者加入自动对焦算法，增加了系统的复杂度，降低了系统的可靠度，无法满足空间环境高可靠度的要求。

发明内容

为了解决现有技术中空间合作目标成像设备存在的采用多个定焦镜头导致体积和重量增加以及使用自动对焦算法而降低系统可靠度的问题，本发明提供一种空间合作目标小型化成像装置。

本发明采取如下的技术方案；

一种空间合作目标小型化成像装置，包括定焦光学系统、高分辨率CMOS图像传感器芯片、FPGA主控芯片、高速数据缓存芯片和显示设备，所述定焦光学系统和所述高分辨率CMOS图像传感器芯片用于完成空间合作目标的光电转换，所述FPGA主控芯片包括CMOS驱动模块、数据采集模块、高速缓存控制模块、数字变倍和显示模块以及自动调光模块；

所述CMOS驱动模块对所述高分辨率CMOS图像传感器芯片进行成像驱动；

所述数据采集模块对所述高分辨率CMOS图像传感器芯片输出的高速多通道串行图像数据进行采集、处理和串并转换后，输出并行图像数据至所述高速缓存控制模块；

所述高速缓存控制模块根据生成的读写时序将并行图像数据写入所述高速数据缓存芯片；

所述数字变倍和显示模块和所述自动调光模块分别通过所述高速缓存控制模块读出所述高速数据缓存芯片中缓存的并行图像数据后，所述数字变倍和显示模块根据异步串口指令对读出的并行图像数据进行数字变倍操作，并根据所述显示设备的要求生成显示时序，将变倍后的固定分辨率的图像数据按照显示时序输出到所述显示设备中进行显示；所述自动调光模块对并行图像数据进行灰度直方图统计，得到灰度均值，并将所述灰度均值和预先设定的阈值范围进行比较，根据比较结果设置所述CMOS驱动模块为所述高分辨率CMOS图像传感器芯片指定的自动调光参数。