● 摘要
对于航空高光谱遥感而言，地形起伏、大气散射等因素会造成图像几何变形。为了得到准确反映地表状况的高光谱图像，必须对图像进行几何校正。随着成像光谱技术的飞速发展，光谱分辨率和空间分辨率不断提高，数据量大幅度增加，这为数据的传输、处理和分析带来不便，因此研究高光谱数据实时处理技术很有必要和意义。目前国内外高光谱图像的几何校正多采用离线处理方式，实时性不强，这对于高光谱图像后续处理如地物识别与目标探测，显得过于迟缓。本论文以航空高光谱图像几何校正处理的快速实时化为目的,进行了较为深入的研究，为高光谱遥感实时处理领域打下一定的理论与技术基础。
鉴于FPGA（Field Programmable Logic Array, 现场可编程门阵列）具有高度并行和软硬件协同设计的优势，本文采用FPGA进行几何校正算法的实现。在仔细分析几何校正算法结构、数据特点和系统运算量的基础上，合理划分了系统软硬件，选择Xilinx Zynq XC7Z020-1CLG484芯片作为硬件平台，完成了片上整体方案设计。为了便于数据管理，成功移植了FATFS（File Allocation Table File System, 文件配置表文件系统）嵌入式文件系统。根据软硬件划分结果，在ARM Cortex A9处理器上成功实现了坐标变换算法。为了解决HDL( Hardware Description Language, 硬件描述语言)描述复杂、耗时算法的技术瓶颈，本文采用C/C++ HLS（High Level Synthesis, 高层次综合）成功设计了重采样硬件协处理器。经过硬件优化后的协处理器时序性能提升了36~480倍。基于PlanAhead集成开发环境，完成了软硬件的片上系统集成。经过实验测试对片上系统的功能进行了验证，结果表明，几何校正算法总处理时间约为1140.4ms，系统处理速度可达97.64Mb/s，高于PHI（Pushbroom Hyperspectrual Imager, 推帚式高光谱成像仪）数据获取速度77.68Mb/s，满足了实时性要求。