天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计

王征; 何云丰; 孙兴国; 吴凡路; 王栋

doi:10.37188/OPE.20223002.0127

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天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计

更新时间：2026-09-12

- 天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计
- Design of image storage and processing system for Tianwen-1 high-resolution camera
- 光学精密工程 2022年30卷第2期页码：127-136
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械及物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院月球与深空探测重点实验室，北京 100101
  3.一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130011
- 作者简介：
  
  王　征（1987-），男，吉林长春人，硕士，助理研究员，2010年、2013年于吉林大学分别获得学士、硕士学位，主要从事空间电子学设计，深空遥感探测及图像处理等方面。E-mail：wangzheng@ciomp.ac.cn
  王　栋（1979-），男，山西阳泉人，博士，研究员，硕士生导师，2002年于长春理工大学获得学士学位，2007年于中国科学院研究生院获得博士学位，主要从事空间光学遥感器总体设计、空间电子学总体设计、数字图像处理等方面的研究。E-mail： wangd@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年科学基金项目(42001345;61805001);中国科学院月球与深空探测重点实验室开放基金项目(LDSE201901)
- DOI：10.37188/OPE.20223002.0127
  中图分类号： V476.4;V445.8
- 收稿：2020-09-24，
  
  修回：2020-11-09，
  
  纸质出版：2022-01-25
- 稿件说明：
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王征,何云丰,孙兴国等.天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计[J].光学精密工程,2022,30(02):127-136.

WANG Zheng,HE Yunfeng,SUN Xingguo,et al.Design of image storage and processing system for Tianwen-1 high-resolution camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):127-136.
王征,何云丰,孙兴国等.天问一号高分辨率相机图像存储及处理系统设计[J].光学精密工程,2022,30(02):127-136. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0127.

WANG Zheng,HE Yunfeng,SUN Xingguo,et al.Design of image storage and processing system for Tianwen-1 high-resolution camera[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(02):127-136. DOI： 10.37188/OPE.20223002.0127.

摘要

由于地球和火星之间数据传输带宽受限，无法将大量的高分辨率图像实时传回地面，天问一号高分辨率相机需要载荷本身具备图像存储能力。针对高分辨率相机成像数据量巨大问题，本文设计了基于FPGA的NAND Flash图像存储及处理系统。首先，根据成像系统CCD和CMOS图像传感器输出种类，划分了NAND Flash存储空间。接着，为解决高速率存储问题，设计了流水存储方法。然后，针对在轨新增坏块问题，设计了坏块自检方法。最后，为解决地火传输带宽紧张问题，设计了下采样、像元融合、区域提取等图像处理方法。试验结果表明，高分相机存储及处理系统接收并存储图像数据率达到3 Gb/s，下行数据量最低约可降至原数据量0.4%。通过使用多种下行工作模式，既能获取丰富的图像数据，又能满足深空探测有限的传输速率。

Abstract

Due to the limited data transmission bandwidth between the Earth and Mars， it is impossible to transmit a large number of high-resolution images back to the ground in real time. The Tianwen-1 high-resolution camera requires the payload itself to have image storage capabilities. Aiming at the huge problem of high-resolution imaging camera imaging data， this paper designs a FPGA based NAND Flash image storage and processing system. First， according to the output requirements of CCD and CMOS image sensors， NAND Flash storage space is divided. Then， in order to solve the problem of high-rate storage， a pipeline storage method was designed. Next， aiming at the problem of newly added bad blocks on orbit， a self-checking method for bad blocks is designed. Finally， in order to solve the problem of tight transmission bandwidth between Earth and Mars， image processing methods such as down-sampling， pixel binning， and region extraction are designed. The test results show that the high-resolution imaging camera storage and processing system receives and stores the image data rate up to 3 Gb/s， and the download data rate can be reduced to about 4% of the original data rate. By using a variety of download working modes， it is possible to obtain rich image data and meet the bottleneck of deep space exploration data transmission.

关键词

Keywords

references

吴伟仁，于登云 . 深空探测发展与未来关键技术［J］. 深空探测学报， 2014 ， 1 （ 1 ）： 5 - 17 .

WU W R ， YU D Y . Development of deep space exploration and its future key technologies ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2014 ， 1 （ 1 ）： 5 - 17 . （in Chinese）

孙泽洲，孟林智 . 中国深空探测现状及持续发展趋势［J］. 南京航空航天大学学报， 2015 ， 47 （ 6 ）： 785 - 791 . doi: 10.16356/j.1005-2615.2015.06.001 http://dx.doi.org/10.16356/j.1005-2615.2015.06.001

SUN Z Z ， MENG L Z . Current situation and sustainable development trend of deep space exploration in China ［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics ， 2015 ， 47 （ 6 ）： 785 - 791 . （in Chinese） . doi: 10.16356/j.1005-2615.2015.06.001 http://dx.doi.org/10.16356/j.1005-2615.2015.06.001

叶培建，邹乐洋，王大轶，等 . 中国深空探测领域发展及展望［J］. 国际太空， 2018 （ 10 ）： 4 - 10 . doi: 10.3969/j.issn.1009-2366.2018.10.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-2366.2018.10.002

YE P J ， ZOU L Y ， WANG D Y ， et al . Development and prospect of Chinese deep space exploration ［J］. Space International ， 2018 （ 10 ）： 4 - 10 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1009-2366.2018.10.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-2366.2018.10.002

于登云，孙泽洲，孟林智，等 . 火星探测发展历程与未来展望［J］. 深空探测学报， 2016 ， 3 （ 2 ）： 108 - 113 . doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.002 http://dx.doi.org/10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.002

YU D Y ， SUN Z Z ， MENG L Z ， et al . The development process and prospects for Mars exploration ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2016 ， 3 （ 2 ）： 108 - 113 . （in Chinese） . doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.002 http://dx.doi.org/10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.002

朱岩，白云飞，王连国，等 . 中国首次火星探测工程有效载荷总体设计［J］. 深空探测学报， 2017 ， 4 （ 6 ）： 510 - 514， 534 . doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.06.002 http://dx.doi.org/10.15982/j.issn.2095-7777.2017.06.002

ZHU Y ， BAI Y F ， WANG L G ， et al . Integral technical scheme of payloads system for Chinese Mars-1 exploration ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2017 ， 4 （ 6 ）： 510 - 514， 534 . （in Chinese） . doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.06.002 http://dx.doi.org/10.15982/j.issn.2095-7777.2017.06.002

李春来，刘建军，耿言，等 . 中国首次火星探测任务科学目标与有效载荷配置［J］. 深空探测学报， 2018 ， 5 （ 5 ）： 406 - 413 .

LI C L ， LIU J J ， GENG Y ， et al . Scientific objectives and payload configuration of China's first Mars exploration mission ［J］. Journal of Deep Space Exploration ， 2018 ， 5 （ 5 ）： 406 - 413 . （in Chinese）

DELAMEREA ， et al .. MRO High Resolution Imaging Science Experiment （HiRISE）： Instrument Development ［C］. Sixth International Conference on Mars ， 2003 . doi: 10.2514/6.iac-04-q.3.b.02 http://dx.doi.org/10.2514/6.iac-04-q.3.b.02

MCEWENA S ， et al . Mars Reconnaissance Orbiter's High Resolution Imaging Science Experiment （HiRISE）［J］. Journal of Geophysical Research Atmospheres ， 2006 ， 112 . doi: 10.1029/2007je002968 http://dx.doi.org/10.1029/2007je002968

MCEWEN A S ， BANKS M E ， BAUGH N ， et al . The high resolution imaging science experiment （HiRISE） during MRO's primary science phase （PSP）［J］. Icarus ， 2010 ， 205 （ 1 ）： 2 - 37 .

乔亚飞，李华旺，常亮，等 . 基于FPGA的星载NANDFLASH控制器的设计［J］. 电子设计工程， 2018 ， 26 （ 14 ）： 158 - 161， 166 .

QIAO Y F ， LI H W ， CHANG L ， et al . Design an on-board NAND FLASH controller based on FPGA ［J］. Electronic Design Engineering ， 2018 ， 26 （ 14 ）： 158 - 161， 166 . （in Chinese）

陶莉，陈万培 . 多通道NAND Flash存储芯片控制器的设计与实现［J］. 无线电工程， 2018 ， 48 （ 9 ）： 810 - 815 . doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2018.09.18 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-3106.2018.09.18

TAO L ， CHEN W P . Design and implementation of multi-channel NAND flash memory controller ［J］. Radio Engineering ， 2018 ， 48 （ 9 ）： 810 - 815 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2018.09.18 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-3106.2018.09.18

杨金宝，李飞，郄军伟 . 基于视频行场消隐期的大容量FLASH存储控制器［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 4 ）： 1153 - 1160 . doi: 10.3788/OPE.20152304.1153 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152304.1153

YANG J B ， LI F ， QIE J W . Large capacity FLASH video storage controller base on blanking period of line and field signals ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2015 ， 23 （ 4 ）： 1153 - 1160 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20152304.1153 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20152304.1153

彭卓文，杨新民，王胜红 . 基于FPGA控制的高速大容量NAND FLASH存储模块设计［J］. 电子设计工程， 2017 ， 25 （ 7 ）： 111 - 114， 118 .

PENG Z W ， YANG X M ， WANG S H . Design of nandflash memory module with high speed and large capacity based on FPGA ［J］. Electronic Design Engineering ， 2017 ， 25 （ 7 ）： 111 - 114， 118 . （in Chinese）

卢振华，郭永飞，李云飞，等 . 利用CCD拼接实现推扫式遥感相机的自动调焦［J］. 光学精密工程， 2012 ， 20 （ 7 ）： 1559 - 1565 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.07.023 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2012.07.023

LU Z H ， GUO Y F ， LI Y F ， et al . Realization of auto-focus on APRC using CCD stitching ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2012 ， 20 （ 7 ）： 1559 - 1565 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.07.023 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2276.2012.07.023

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