● 摘要
随着高光谱遥感技术的不断发展与广泛应用，高光谱遥感图像的采集与处理速度也不断提高，这使得数据采集与传输系统面临很大的压力，Camera Link接口的出现解决了视频数据输出和采集之间的速度匹配问题，受到了广泛关注。然而目前市售的Camera Link标准采集卡大多基于高速PCI总线，需要配合计算机系统使用，且应用细节不对用户开放，使用起来有诸多不便。因此，开发一款速度快、集成度高、小型化且预留处理接口的采集卡，具有较高的学术意义和实用价值。本文的主要工作即完成了高光谱数据采集卡硬件以及相关软件的开发。在介绍了Camera Link接口标准以及低压差分信号传输技术之后，详细描述了所开发的Camera Link标准数据采集卡，包括硬件体系结构设计，PCB设计，低压差分传输线设计，硬件描述语言模块设计，USB固件与驱动设计，并给出了各部分设计的仿真结果。其中硬件设计与PCB布线采用了严格控制传输线阻抗的设计方法，对信号的板级仿真结果表明，所完成的设计能够传输100MHz的TTL信号与50MHz的LVDS信号。硬件描述语言模块设计采用Top-Down规范，各级单元电路之间采用双口RAM、SDRAM或FIFO方式进行缓存，有效的对单元电路之间的不同传输速度进行了匹配。应用硬件描述语言实现了SDRAM的随机配置与可选择长度的读写功能，方便了数据传输方案设计，使得顶层模块的设计得以简化。对SDRAM与USB模块进行的测试表明，SDRAM最大读写速度分别为22.22MBps（Burst1）、40MBps（Burst2）、66.67MBps（Burst4）、100MBps（Burst8），USB 异步Slave FIFO传输最大速度为12.5MBps。在对相机数据格式进行分析的基础上，对相机输出的测试图像进行采集，实现了基础采集功能。最后对比较有代表性的两种高光谱图像预处理算法与应用算法——基于期望值最大化的高光谱图像迭代复原算法和RX异常检测算法进行了实验并改进算法，为进行采集/处理级联系统的开发提供了算法评估基础。