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　　本发明涉及一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,包括视频流时序控制模块,向其余各模块发送指令,并接收各模块回传的状态信号,光电转换模块,收到采集启动指令之后,将摄像机的光学系统采集的光信号,进行光电转换,得到图像数字信号,图像预处理模块,将图像数字信号进行存储,再进行坏点处理、亮点处理、噪声抑制、图像裁剪,将裁剪之后的图像数据发送给辐射图像处理模块,辐射图像处理模块,对图像数据进行中值滤波、辐射低噪估算、辐射效应去除,得到增强的图像数据,辐射图像数据存储模块,存储增强的图像数据,PAL制式视频编码模块,依次读取存储模块中的图像数据,对图像数据PAL制式视频编码并输出。

　　1.一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于包括视频流时序控制模块、光电转换模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、辐射图像数据存储模块、PAL制式视频编码模块,其中,

　　视频流时序控制模块,上电启动之后,向光电转换模块发送采集启动指令,收到光电转换模块发送的光电转换完成信号之后,向图像预处理模块发送预处理启动指令,收到预处理完成信号之后,向辐射图像处理模块发送图像处理启动指令,收到图像处理完成信号之后,向辐射图像数据存储模块发送存储启动指令,收到图像存储完成信号之后,向PAL制式视频编码模块发送编码启动指令,

　　光电转换模块,收到视频流时序控制模块发出的采集启动指令之后,将摄像机的光学系统采集的光信号,进行光电转换,得到图像模拟电信号,将图像模拟电信号转换为图像数字信号发送给图像预处理模块,并向视频流时序控制模块发送光电转换完成信号,

　　图像预处理模块,收到视频流时序控制模块发出的预处理启动指令之后,将光电转换模块发送的图像数字信号进行存储,采集一帧图像数字信号之后,对存储的图像数据帧进行坏点处理、亮点处理、噪声抑制、图像裁剪,将裁剪之后的图像数据发送给辐射图像处理模块,并向视频流时序控制模块发送预处理完成信号,

　　辐射图像处理模块,收到视频流时序控制模块发出的图像处理启动指令之后,采集图像预处理模块发送的一帧图像数据,进行中值滤波、辐射低噪估算、辐射效应去除,得到增强的图像数据,将增强的图像数据发送给图像数据存储模块,并向视频流时序控制模块发送图像处理完成信号,

　　辐射图像数据存储模块,收到视频流时序控制模块发出的存储启动指令之后,存储辐射图像处理模块发送的图像数据,并向视频流时序控制模块发送图像存储完成信号,

　　PAL制式视频编码模块,收到视频流时序控制模块发出的编码启动指令之后,依次读取辐射图像数据存储模块中的图像数据,对图像数据进行PAL制式视频编码输出,并向视频流时序控制模块发送编码输出完成信号。

　　2.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于视频流时序控制模块采用状态机实现,具体包括7个状态,分别为sta0(sta6)初始化为sta0,状态机的具体操作为(sta0)收到摄像机电子系统的硬件上电启动完成信号后,跳转到sta1(sta1)向光电转换模块发送采集启动指令,跳转到sta2(sta2)等待光电转换模块进行光电转换,待收到光电转换完成信号之后,向图像预处理模块发送图像预处理启动指令,跳转到sta3(sta3)等待图像预处理模块进行图像预处理,待收到预处理完成信号之后,向辐射图像处理模块发送图像处理启动指令,跳转到sta4(sta4)等待辐射图像处理模块进行辐射图像处理,待收到图像处理完成信号之后,向辐射图像存储模块发送图像存储启动指令,跳转到sta5(sta5)等待辐射图像存储模块进行图像存储,待收到图像存储完成信号之后,向PAL制式视频编码模块发送视频编码启动指令,跳转到sta6(sta6)等待PAL制式视频编码模块进行PAL制式视频编码输出,待收到视频编码输出完成信号之后,跳转到sta1。

　　3.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述光电转换模块包括时钟控制模块、传感器读取控制模块、图像传感模块、模拟数字转换模块,

　　传感器读取控制模块,根据图像传感模块的时序控制要求,产生地址信号、复位信号、曝光信号、读时序控制信号输出到图像传感模块相应的控制引脚,

　　图像传感模块,将摄像机的光学系统采集的光信号,进行光电转换,得到图像模拟电信号,输出光电转换完成信号至视频流时序控制模块,

　　模拟数字转换模块,将图像传感模块输出的图像模拟电信号,进行模数转换,得到图像数字电信号,并行输出至图像预处理模块。

　　4.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述图像预处理模块包括,图像缓存模块、坏点处理模块、亮点处理模块、固定噪声抑制模块、图像裁剪模块,

　　图像缓存模块,用于存储一帧图像数据,大小为M×N,M和N对应光学采集图像像素点的列数和行数,每个像素点图像数据量化位数为L,L大于等于10,

　　坏点处理模块,遍历图像缓存模块中每个像素点的数据,找出坏点,对坏点数据进行平滑处理,更新图像缓存模块中的数据,

　　亮点处理模块,遍历图像缓存模块中每个像素点的数据,找出亮点,对亮点数据进行平滑处理,更新图像缓存模块中的数据,

　　固定噪声抑制模块,遍历经过坏点处理和亮点处理之后的图像数据,减去对应位置的传感器固定噪声值,

　　图像裁剪模块,以噪声抑制之后得到的大小为M×N的图像数据中点为中心,裁剪出大小为m×n的图像数据,裁剪后的图像数据中点与裁剪前的图像数据中点保持一致。

　　5.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述辐射图像处理模块包括中值滤波模块、辐射底噪估算模块、辐射效应去除模块,

　　辐射底噪估算模块遍历中值滤波后的图像数据,采用冒泡排序法求得最小值作为辐射估计噪声阈值,

　　辐射效应去除模块将中值滤波后的图像值减去辐射估计噪声阈值,并采用线性拉伸算法对整幅图像进行增强运算。

　　6.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述辐射图像数据存储模块包括ping‑pang控制模块、第一数据存储模块、第二数据存储模块,ping‑pang控制模块,初始化像素计数变量为0,初始化图像帧计数变量为0,对图像像素点数进行统计,当像素点计数数量达到m×n个后,图像帧计数变量加1 ,像素计数变量置为0,当图像帧计数变量为奇数时,向第一数据存储模块发送图像数据的写入使能信号,当图像帧计数变量为偶数时,向第二数据存储模块发送图像数据的写入使能信号,

　　第一数据存储模块,收到ping‑pang控制模块的写入使能信号后,将输入的m×n个图像数据存入第一数据存储区,

　　第二数据存储模块,收到ping‑pang控制模块的写入使能信号后,将输入的m×n个图像数据存入第二数据存储区。

　　7.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述PAL制式视频编码模块遵循PAL‑D标准,包括像素计数器、行计数器、行同步脉冲发生器、行消隐脉冲发生器、场消隐脉冲发生器、有效视频信号脉冲发生器,

　　PAL制式视频编码模块采用27MHz的系统时钟,使用像素计数器pxlcnt控制产生行时序,使用行计数器lncnt产生场时序,PAL‑D标准规定,每帧图像为625行,行频是15625Hz,当采用27MHz时钟时,扫描一行需要1728个时钟周期,因此像素计数器pxlcnt的计数范围为1(1728)行计数器lncnt的计数范围为1(625)PAL制式图像的扫描方式采用2: 1隔行扫描,一帧图像被分为奇数场和偶数场两场,每场扫描312.5行,在行、场的逆程传送消隐信号,使行、场逆程回扫线不在荧光屏上显示,在行消隐期间发送行同步信号,在场消隐期间发送场同步信号,

　　S3、当前场为奇场图像,由奇场模块生成PAL制式的视频数据,当当前行为奇场消隐行时,在奇场消隐脉冲发生器中生成场消隐脉冲和场同步脉冲,并进行输出,当当前行为有效视频行时,执行步骤S5(S7)

　　S4、当前场为偶场图像,由偶场模块生成PAL制式的视频数据,当当前行为偶场消隐行时,在偶场消隐脉冲发生器中生成场消隐脉冲和场同步脉冲,并进行输出,当当前行为有效视频行时,执行步骤S5(S7)

　　S7、从存储器中获取当前有效像素值,在有效视频信号发生器中生成色度信号,将当前有效像素值作为亮度信号,与色度信号进行叠加,生成有效视频信号并输出。

　　8.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述光电转换模块、辐射图像数据存储模块均采用独立的抗辐射芯片实现。

　　9.根据权利要求1所述的一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,其特征在于所述视频流时序控制模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、PAL制式视频编码模块集成在同一个抗辐射芯片中实现。

　　[0001] 本发明涉及一种基于抗辐射芯片的高耐辐射摄像机电子系统,属于核工业闭路电视监控技术领域。

　　[0002] 核工业闭路电视监控系统中的耐辐射摄像机是当前各种辐射环境中不可缺少的安全监控设备。它需要长时间连续工作在辐射环境中,运维人员通过摄像机采集到实时的视频监控图像对核反应堆等内部环境进行观察,以保证涉核设备的安全运行,同时,也可用于控制某类设备执行特定操作前,对周围的工况进行确认,以保证操作的正确性。因此,耐辐射摄像机需要具备较好的耐辐射能力,可以在核反应堆运行期间,提供持续的视觉观测能力,以保障辐射环境下设备的安全正常运行。

　　[0003] 目前,此类设备已在核工业领域有所应用,但使用效果与用户需求存在一定的差距。传统采用真空电子管的摄像机虽具有总剂量大的优点,但其受光照、温度影响较大,使用寿命通常小于8000小时,且工作温度范围在0‑50度之间,无法满足大部分核电站1 .5年换料周期内全时开机、稳定运行的要求,同时,在出现一些温度升高的环境下,会出现无法成像的问题。

　　[0004] 近年来,出现了固态耐辐射摄像机产品,该类产品采用工业级摄像机机芯,从系统级角度,采用通过反射式结构设计,使传感器收到高密度金属材料组成的壳体保护,避免高能粒子的直接照射。但该产品存在诸多不足,并为了提高屏蔽性能,壁体较厚,导致产品重量较重,性能不稳定,粒子的能量穿透力不同,能量越高穿透能力越强,采用固定厚度的屏蔽壳体,无法满足不同场景下,对不同能量粒子的防护需求,导致其耐辐射能力不稳定。在总剂量和单粒子的影响下,会导致传感器和处理电路出现损伤,无法正常成像。

　　[0005] 本发明解决的技术问题是,克服现有技术的不足,提出了一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,处理过程高效,硬件资源消耗少,可在宇航级通用控制型抗辐射芯片上应用,实现轻量化、高可靠的耐辐射摄像机电子系统。

　　[0006] 本发明解决技术问题的方案是,一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,该系统包括视频流时序控制模块、光电转换模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、辐射图像数据存储模块、PAL制式视频编码模块,其中,

　　[0007] 视频流时序控制模块,上电启动之后,向光电转换模块发送采集启动指令,收到光电转换模块发送的光电转换完成信号之后,向图像预处理模块发送预处理启动指令,收到预处理完成信号之后,向辐射图像处理模块发送图像处理启动指令,收到图像处理完成信号之后,向辐射图像数据存储模块发送存储启动指令,收到图像存储完成信号之后,向PAL 制式视频编码模块发送编码启动指令,

　　[0008] 光电转换模块,收到视频流时序控制模块发出的采集启动指令之后,将摄像机的

　　光学系统采集的光信号,进行光电转换,得到图像模拟电信号,将图像模拟电信号转换为图像数字信号发送给图像预处理模块,并向视频流时序控制模块发送光电转换完成信号,

　　[0009] 图像预处理模块,收到视频流时序控制模块发出的预处理启动指令之后,将光电转换模块发送的图像数字信号进行存储,采集一帧图像数字信号之后,对存储的图像数据帧进行坏点处理、亮点处理、噪声抑制、图像裁剪,将裁剪之后的图像数据发送给辐射图像处理模块,并向视频流时序控制模块发送预处理完成信号,

　　[0010] 辐射图像处理模块,收到视频流时序控制模块发出的图像处理启动指令之后,采集图像预处理模块发送的一帧图像数据,进行中值滤波、辐射低噪估算、辐射效应去除,得到增强的图像数据,将增强的图像数据发送给图像数据存储模块,并向视频流时序控制模块发送图像处理完成信号,

　　[001 1] 辐射图像数据存储模块,收到视频流时序控制模块发出的存储启动指令之后,存储辐射图像处理模块发送的图像数据,并向视频流时序控制模块发送图像存储完成信号,

　　[0012] PAL制式视频编码模块,收到视频流时序控制模块发出的编码启动指令之后,依次读取辐射图像数据存储模块中的图像数据,对图像数据进行PAL制式视频编码输出,并向视频流时序控制模块发送编码输出完成信号。

　　[0013] 优选地,视频流时序控制模块采用状态机实现,具体包括7个状态,分别为sta0(sta6)初始化为sta0,状态机的具体操作为,

　　[0014] sta0,收到摄像机电子系统的硬件上电启动完成信号后,跳转到sta1,

　　[0016] sta2,等待光电转换模块进行光电转换,待收到光电转换完成信号之后,向图像预处理模块发送图像预处理启动指令,跳转到sta3,

　　[0017] sta3,等待图像预处理模块进行图像预处理,待收到预处理完成信号之后,向辐射图像处理模块发送图像处理启动指令,跳转到sta4,

　　[0018] sta4,等待辐射图像处理模块进行辐射图像处理,待收到图像处理完成信号之后,向辐射图像存储模块发送图像存储启动指令,跳转到sta5,

　　[0019] sta5,等待辐射图像存储模块进行图像存储,待收到图像存储完成信号之后,向PAL制式视频编码模块发送视频编码启动指令,跳转到sta6,

　　[0020] sta6,等待PAL制式视频编码模块进行PAL制式视频编码输出,待收到视频编码输出完成信号之后,跳转到sta1。

　　[0021] 优选地,所述光电转换模块包括时钟控制模块、传感器读取控制模块、图像传感模块、模拟数字转换模块,

　　[0023] 传感器读取控制模块,根据图像传感模块的时序控制要求,产生地址信号、复位信号、曝光信号、读时序控制信号输出到图像传感模块相应的控制引脚,

　　[0024] 图像传感模块,将摄像机的光学系统采集的光信号,进行光电转换,得到图像模拟电信号,输出光电转换完成信号至视频流时序控制模块,

　　[0025] 模拟数字转换模块,将图像传感模块输出的图像模拟电信号,进行模数转换,得到图像数字电信号,并行输出至图像预处理模块。

　　[0026] 优选地,所述图像预处理模块包括,图像缓存模块、坏点处理模块、亮点处理模块、

　　[0027] 图像缓存模块,用于存储一帧图像数据,大小为M×N,M和N对应光学采集图像像素点的列数和行数,每个像素点图像数据量化位数为L,L大于等于10,

　　[0028] 坏点处理模块,遍历图像缓存模块中每个像素点的数据,找出坏点,对坏点数据进行平滑处理,更新图像缓存模块中的数据,

　　[0029] 亮点处理模块,遍历图像缓存模块中每个像素点的数据,找出亮点,对亮点数据进行平滑处理,更新图像缓存模块中的数据,

　　[0030] 固定噪声抑制模块,遍历经过坏点处理和亮点处理之后的图像数据,减去对应位置的传感器固定噪声值,

　　[0031] 图像裁剪模块,以噪声抑制之后得到的大小为M×N的图像数据中点为中心,裁剪出大小为m×n的图像数据,裁剪后的图像数据中点与裁剪前的图像数据中点保持一致。

　　[0032] 优选地,所述辐射图像处理模块包括中值滤波模块、辐射底噪估算模块、辐射效应去除模块,

　　[0033] 中值滤波模块对图像预处理模块处理后的图像数据逐行进行1×3的中值滤波,

　　[0034] 辐射底噪估算模块遍历中值滤波后的图像数据,采用冒泡排序法求得最小值作为辐射估计噪声阈值,

　　[0035] 辐射效应去除模块将中值滤波后的图像值减去辐射估计噪声阈值,并采用线性拉伸算法对整幅图像进行增强运算。

　　[0036] 优选地,所述辐射图像数据存储模块包括ping‑pang控制模块、第一数据存储模块、第二数据存储模块,

　　[0037] ping‑pang控制模块,初始化像素计数变量为0,初始化图像帧计数变量为0,对图像像素点数进行统计,当像素点计数数量达到m×n个后,图像帧计数变量加1 ,像素计数变量置为0,当图像帧计数变量为奇数时,向第一数据存储模块发送图像数据的写入使能信号,当图像帧计数变量为偶数时,向第二数据存储模块发送图像数据的写入使能信号,

　　[0038] 第一数据存储模块,收到ping‑pang控制模块的写入使能信号后,将输入的m×n个图像数据存入第一数据存储区,

　　[0039] 第二数据存储模块,收到ping‑pang控制模块的写入使能信号后,将输入的m×n个图像数据存入第二数据存储区。

　　[0040] 所述PAL制式视频编码模块遵循PAL‑D标准,包括像素计数器、行计数器、行同步脉冲发生器、行消隐脉冲发生器、场消隐脉冲发生器、有效视频信号脉冲发生器,

　　[0041] PAL制式视频编码模块采用27MHz的系统时钟,使用像素计数器pxlcnt控制产生行时序,使用行计数器lncnt产生场时序,PAL‑D标准规定,每帧图像为625行,行频是15625Hz,当采用27MHz时钟时,扫描一行需要1728个时钟周期,因此像素计数器pxlcnt的计数范围为

　　1(1728)行计数器lncnt的计数范围为1(625)PAL制式图像的扫描方式采用2: 1隔行扫描,一帧图像被分为奇数场和偶数场两场,每场扫描312.5行,在行、场的逆程传送消隐信号,使行、场逆程回扫线不在荧光屏上显示,在行消隐期间发送行同步信号,在场消隐期间发送场同步信号,

　　[0044] s2、由行计数器lncnt判断当前图像为奇场还是偶场,当前场为奇场时,执行步骤

　　[0045] S3、当前场为奇场图像,由奇场模块生成PAL制式的视频数据,当当前行为奇场消隐行时,在奇场消隐脉冲发生器中生成场消隐脉冲和场同步脉冲,并进行输出,当当前行为有效视频行时,执行步骤S5(S7)

　　[0046] S4、当前场为偶场图像,由偶场模块生成PAL制式的视频数据,当当前行为偶场消隐行时,在偶场消隐脉冲发生器中生成场消隐脉冲和场同步脉冲,并进行输出,当当前行为有效视频行时,执行步骤S5(S7)

　　[0048] S6、在行消隐脉冲发生器生成包含色同步信号的行消隐脉冲并输出,

　　[0049] S7、从存储器中获取当前有效像素值,在有效视频信号发生器中生成色度信号,将当前有效像素值作为亮度信号,与色度信号进行叠加,生成有效视频信号并输出。

　　[0050] 优选地,所述光电转换模块、辐射图像数据存储模块均采用独立的抗辐射芯片实现。

　　[0051] 优选地,所述视频流时序控制模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、PAL制式视频编码模块集成在同一个抗辐射芯片中实现。

　　[0053] (1) 、本发明一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统,包括视频流时序控制模块、光电转换模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、辐射图像数据存储模块、PAL制式视频编码模块,全部电子系统均可通过宇航级耐辐射芯片设计实现,相比现有只能通过普通工业级芯片才能实现的电子系统,可在满足辐射总剂量要求的前提下,显著减少屏蔽外壳的重量,实现了轻量化、高可靠的耐辐射摄像机电子系统。

　　[0054] (2) 、本发明通过光电转换模块实现数字化图像采集,可使用耐辐射CMOS传感器构成图像传感模块,与真空摄像管相比图像清晰度更高,与普通工业级CMOS传感器和CCD传感器相比耐辐射性能更好更稳定。

　　[0055] (3) 、本发明通过PAL制式视频编码模块中实现了标准制式视频数据的输出,可在耐辐射FPGA中实现标准PAL制式视频编码,相比使用普通工业级PAL编码芯片,在满足编码要求的前提下,构成的电子系统的耐辐射能力更高。

　　[0056] (4) 、本发明中的视频流时序控制模块、图像预处理模块、辐射图像处理模块、PAL 制式视频编码模块在同一个抗辐射芯片中实现,无需在辐射环境中使用普通工业级的图像处理芯片,解决了缺乏抗辐射图像处理专用芯片情况下的图像采集、预处理与处理、视频编码问题,拓展了宇航级通用控制型抗辐射芯片在图像领域的应用。

　　[0057] 图1为本发明一种基于抗辐射芯片的轻量化耐辐射摄像机电子系统架构图,