刘明 侯作勋 李光耀 张炳先

（北京空间机电研究所，北京 100094）

0 引言

空间机械臂是支持空间站组装、运营、维护和空间应用的关键装备。机械臂需配置空间视觉相机，在轨执行视觉监视和视觉测量任务[1]，为机械臂操控提供必需的图像视觉信息和目标的位置、姿态信息。视觉相机是引导和辅助空间机械臂完成空间任务的重要设备，需要具有实时测量合作目标位姿和传输视频压缩图像的功能[2-4]。

已成功在轨工作的空间相机如“嫦娥二号”监视相机[5]等，大都采取以FPGA为核心的图像处理系统，核心器件FPGA主要起焦面驱动、时序控制、数据流控制等作用。这种图像处理系统具有电路结构简单的优势，但运算能力有限。当用户需求增多和任务复杂度增加，不仅需要相机拍摄图像，还需要其在轨对图像进行运算，但是以FPGA为核心的图像处理系统因其数字运算单元功能有限，无法实现诸如目标捕获跟踪、位姿测量、对图像压缩等类别的需求，亟需设计一种新的图像处理系统[6-8]。

空间机械臂多任务视觉相机在原有的 FPGA图像处理系统中加入数字运算单元 DSP，形成2FPGA+2DSP的异构多核心实时图像处理系统[9-10]。新系统中，利用FPGA严格的时序和并行处理数据特性，实现图像的采集和预处理；利用DSP强大的运算功能，实现图像压缩和位姿测量算法。通过合理的规划电路功能，将核心电路分为焦面电路、视频压缩模块、位姿测量模块，并且每个电路和模块可以独立开发，极大的缩短了开发时间。……