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西电图像所为嫦娥五号影像传输贡献核心压缩引擎
2020-11-26

西电新闻网讯(通讯员 雷杰)11月24日04时30分,“嫦娥五号”探测器在海南文昌航天发射场,由长征五号遥五运载火箭发射升空,开启探月旅程。此次发射任务是我国探月工程“绕、落、回”三步走的“收官之战”, 将实现我国首次月球无人采样返回任务,意义重大,举世瞩目。

西安电子科技大学图像所团队在吴成柯教授和李云松教授的领导下,紧密围绕我国“探月工程”中高效获取高保真影像数据的重大需求,先后成功研制了“嫦娥一号”、“嫦娥二号”、“嫦娥三号”、“嫦娥四号”等探测器上主载荷相机图像的压缩编码单元。在此次“嫦娥五号”收官之战中,图像所负责完成了着陆器全景相机图像压缩单元以及上升器采样和分离监视多通道相机多模实时编码单元的研制任务。

着陆器上全景相机安装在相机指向机构上,由相距一定距离的两个相机组成。两台全景相机通过类似“人眼”的探测原理可以实现对目标的立体成像,依靠指向机构的左右旋转和上下俯仰,实现大视场和上下大范围的全景探测,再通过图像拼接及立体反演,可得到采样区的全景立体图像,承担着完成采样区月表形貌和月面国旗成像调查的科学任务;上升器采样和分离监视多通道相机压缩系统负责对上升器在着陆、上升分离和采样过程中捕获的多通道视频和静止图像进行实时压缩,它们是人类感知在深空中的极大延伸,充当人类在月球上的“眼睛”,帮助我们更直观更精确地认识月球。而如何确保拍摄到的图像尽可能高质量地传回地球,图像所团队提出了解决方案。

资源受限下实现性能提升

着陆器全景相机图像压缩单元

雷杰教授带领团队成员,针对嫦娥五号全景相机静止和活动图像一体化压缩的任务需求,采用了基于小波变换、帧间变换和比特平面熵编码的图像压缩算法,对算法的硬件结构进行了存储和逻辑资源优化,减少了片外存储器的使用,仅用一片SDRAM片外存储器在资源受限的500万门FPGA器件上,实现了像素精度为10bit的Bayer彩色图像静止活动一体化高速压缩编码硬件系统。

上升器采样和分离监视多通道相机实时编码单元

宋锐教授带领团队成员,针对嫦娥五号上升器采样和分离监视多通道相机视频压缩任务需求,依据工作场景和监视对象灵活切换编码模式,在计算资源受限条件下对不同分辨率的影像实时切换静止和视频压缩。团队解决了处理器性能和外存带宽的瓶颈问题,在一个处理单元上完成了五路高分辨率影像数据的实时多模式压缩。

传承探月精神、拥抱星辰大海

与国家重大需求和实际应用紧密结合,正是图像所团队开展科学研究的重要前提和最终目标。从2007年到2018年,嫦娥一号到四号通过四次任务逐步实现了月球的环绕、着陆和巡视。再到如今发射的嫦娥五号计划实现从月球无人采样返回的目标。在探月工程“绕落回”三大步中,每一步都凝聚着图像所团队的付出与智慧。

自从事星载图像、视频压缩编码与处理的研究以来,图像所团队始终围绕国家航天领域重大需求,深入研究可见光全色图像、多光谱图像、立体图像、红外图像和视频图像等各类卫星遥感图像的成像特性、高效压缩编码方法以及星载高速硬件系统实现方法,解决了我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题,在满足图像质量要求的前提下提高了压缩比和图像压缩解压缩实时处理能力。团队成功完成了探月工程的各项任务,相关成果还获得2012年国家科技进步二等奖。

嫦娥五号任务是我国探月工程的非常重要的一环,它将实现我国首次月球无人采样返回。西安电子科技大学图像所全体师生为能参与这样历史性航天工程任务并作出应有贡献而感到无比自豪和骄傲,我们将一如既往地以饱满热情的精神状态做好我国后续月球、火星探测任务的科研工作。


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