[實用新型]現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心檢測裝置

無效

• 申請號: 200720094004.6
• 申請日: 2007-07-04
• 公開（公告）號: CN201096890Y
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 佟首峰;王世峰;劉云清;陳劍鋒;劉鵬;齊宇嵐
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01S17/66
• 分類號: G01S17/66;G01S7/51
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司
• 代理人: 馬守忠

技術領域

本實用新型屬于光電成像跟蹤技術領域，涉及現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心檢測裝置。

背景技術

在空間激光通信系統中，通信雙方的信標激光需要首先將對方方位捕獲，然后精確對準對方光端機，再使用通信激光進行通信，并且在通信的過程中始終保持信標光向對方的精確對準。這個過程即稱為捕獲(Acquisition)、對準(Pointing)、跟蹤(Tracking)，簡稱APT。(參考文獻：《自由空間光通信ATP系統關鍵技術研究》，作者邵兵等，刊物《壓電與聲光》)。

圖1是APT裝置的結構示意圖。由粗跟蹤相機單元11、精跟蹤相機單元12、圖像處理設備單元13，兩軸伺服轉臺單元14構成。

粗跟蹤相機單元11將圖像輸出給圖像處理設備單元13。圖像處理設備單元13實際上是計算光斑質心的裝置，其為工控計算機(PC機)、嵌入式微小計算機(PC104機)、ARM嵌入式圖像處理系統或DSP嵌入式圖像處理系統。

其中，DSP嵌入式圖像處理系統是相對而言各項性能指標較為理想的一種圖像處理裝置。圖2是APT裝置的DSP嵌入式圖像處理系統結構示意圖。由圖像輸入單元21、數字信號處理器(DSP)單元22、DSP輔助器件單元23、圖像輸出單元24和質心數據輸出單元25組成。(參考文獻：博士論文《嵌入式彩色電視跟蹤系統的設計和實現》，作者顧海軍，中國學術期刊(光盤版)電子雜志社)但是，數字信號處理器(DSP)單元22與圖像處理設備單元13的其它裝置一樣，存在著運算度低、體積大、功耗高、器件數量眾多等問題。

發明內容

為了克服APT裝置的DSP嵌入式圖像處理系統存在運算速度低、體積大、功耗高、器件數量眾多等問題，本實用新型提供一種基于現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心的檢測裝置。

根據現場可編程邏輯陣列的制造原理可知，該圖像處理計算方式是基于純硬件數字電路基礎上的，所以具有實時高速、體積小、功耗低、多線程等優點。

如圖3所示，本實用新型的基于現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心檢測裝置的組成有圖像輸入單元21，圖像輸出單元24、質心數據輸出單元25，還有現場可編程邏輯陣列單元31、現場可編程邏輯陣列輔助器件單元32；所述的現場可編程邏輯陣列單元31分別與圖像輸入單元21，圖像輸出單元24、質心數據輸出單元25，現場可編程邏輯陣列輔助器件單元32連接。

使用時，本實用新型的一種基于現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心檢測裝置與APT裝置的粗跟蹤相機單元11、精跟蹤相機單元12和兩軸伺服轉臺單元14連接；

本實用新型的一種基于現場可編程邏輯陣列的實時計算光斑質心檢測裝置的動態工作過程如下：由粗跟蹤相機單元11或精跟蹤相機單元12傳送出的數字圖像信號，經過圖像輸入單元21轉換成并行數字信號后進入現場可編程邏輯陣列單元31中進行處理。使用硬件描述語言(VHDL、Verylog、AHDL皆可)編制軟件，并將該軟件編譯后下載至現場可編程邏輯陣列單元31中，該軟件完成如下技術功能：

a)改變輸入信號的時序，存入FIFO中緩沖；

b)對輸入的數字圖像進行初始化處理，去除無用信號，提高信躁比，獲得更易識別的光斑圖像；

c)對所有像素灰度進行判別，識別光斑所占像素，獲得光斑形狀信息；

d)對光斑所占像元進行解算，獲得質心坐標數據；

e)將質心坐標數據通過質心數據輸出單元25傳送給兩軸伺服轉臺14；

f)適當選擇某些連續圖像通過圖象輸出單元24輸出給其它設備，其它監視設備可以為VGA顯示器、PAL/NTSC監視器，用來進行人工監視及其它用途處理。

進入現場可編程邏輯陣列單元31的數字圖像是需要實時處理的圖像信息，對該數字圖像進行簡化抽幀處理后可以通過圖像輸出單元24傳送給其它監視設備，圖像輸出單元24可以為Camera?Link接口方式、VGA接口方式、LVDS差分輸出、1394接口方式、USB接口方式、串行輸出方式、LVTTL并行輸出方式、PAL制式或NTSC制式。其它監視設備可以為VGA顯示器、PAL/NTSC監視器，用來進行人工監視及其它用途處理。輸出方式可選擇數字信號輸出或模擬信號輸出。