Diseño de un sistema en tiempo real para el procesamiento a bordo de imágenes de teledetección utilizando estructuras de datos de matriz difusa

Abstract

El campo científico de la teledetección se centra en la observación y estudio de la corteza terrestre con el objetivo de entender el origen y funcionamiento de la dinámica de nuestro planeta, así como de garantizar la seguridad de los seres vivos que habitan en ella, y mejorar su calidad de vida.

Este documento de tesis pretende proponer una solución a los problemas que surgen a la hora de adquirir, procesar, representar, almacenar y distribuir los datos obtenidos por los sensores, así como la optimización de las metodologías que permiten la realización de estas tareas. La línea principal de la propuesta se basa en el diseño e implementación de una estructura y formato de datos que permita una perfecta integración de la información, minimizando el error espacial derivado de agentes externos, como las turbulencias a las que está sometida la plataforma durante la adquisición de datos, o las imprecisiones espaciales procedentes de técnicas de preprocesamiento, como por ejemplo, la geocorrección. Esta estructura y formato de datos, denominada Diffused Matrix Format (DMF), se basa en la medición como unidad básica de almacenamiento, representada por una estructura con un número de campos variable denominada Diffused Matrix Record (DMR).

Por otro lado, se propone utilizar dispositivos FPGA como sistemas de procesamiento principales o auxiliares. Se ha considerado como modelo referencia el sistema modular SpaceCube, desarrollado por la NASA. El módulo hardware propuesto hará uso de este mismo tipo de tarjetas, y proporcionará, en todo caso, los resultados generados en formato DMF.

The scientific field of remote sensing focuses on the observation and study of the Earth’s crust, with the aim of understanding the origin and functioning of the dynamics of the planet, as well as ensuring the safety of the living beings that inhabit it and improving their quality of life.

This thesis document seeks to propose a solution to the problems that arise from acquiring, processing, representing, storing and distributing data obtained from sensors and suggest ways to optimise the methodologies that enable these tasks to be performed. The main idea behind the proposal involves designing and implementing a data structure and format that enables information to be perfectly integrated, thereby minimising spatial errors caused by external agents such as turbulence, which can affect platforms during data acquisition, or spatial inaccuracies resulting from pre-processing techniques, such as geocorrection. This structure and data format, known as the Diffused Matrix Format (DMF), is based on measurement as the basic unit of storage, which is represented by a structure with a variable number of fields, called a Diffused Matrix Record (DMR).

Moreover, it is proposed to use FPGA devices as main or auxiliary processing systems and the NASAdeveloped SpaceCube modular system as a reference model, which is composed mainly of processing modules consisting of two interconnected Xilinx Virtex-5 FPGA cards. The proposed hardware module will use the same type of card and, in all cases, will provide the results in DMF format.