[發明專利]基于FPGA的相位相關法圖像配準系統及方法

在審

• 申請號: 201310652379.X
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN103714531A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 顧國華;陸愷立;汪鵬程;廖逸琪;劉琳;錢惟賢;任侃;路東明
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，其特征在于包括千兆網傳輸模塊、二維FFT模塊、互功率譜計算模塊、二維逆FFT模塊以及極值尋找模塊；千兆網傳輸模塊同時與二維FFT模塊和極值尋找模塊相連相連，二維FFT模塊與互功率譜計算模塊相連，互功率譜計算模塊與二維逆FFT模塊相連，二維逆FFT模塊與極值尋找模塊相連；千兆網傳輸模塊接收到電腦端發送的圖像數據包后進行解包操作并將數據發送給二維FFT模塊；二維FFT模塊接收到數據后計算獲得圖像的一維行FFT值和一維列FFT值，求得每幅圖像的二維FFT值后發送給互功率譜計算模塊；互功率譜計算模塊接收到數據后計算相鄰兩幅圖像的互功率譜值并將數據發送給二維逆FFT模塊；二維逆FFT模塊接收到數據后計算互功率譜值的一維行逆FFT值和一維列逆FFT的值，求得互功率譜值的二維逆FFT值后將數據發送給極值尋找模塊；極值尋找模塊接收到數據后在二維逆FFT值中尋找極值點并獲得該極值點的坐標，該極值點的坐標即為相鄰兩幅圖像的相位偏移，然后將相位偏移發送到千兆網傳輸模塊；千兆網傳輸模塊將相位偏移給電腦端便于后端算法匹配。

2.如權利要求1所述的基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，其特征在于，二維FFT模塊包括一維行FFT計算模塊和一維列FFT計算模塊；二維逆FFT模塊包括一維行逆FFT計算模塊和一維列逆FFT計算模塊。

3.如權利要求2所述的基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，其特征在于，一維行FFT計算模塊、一維列FFT計算模塊、一維行逆FFT計算模塊和一維列逆FFT計算模塊均通過調用在開發板內置的快速傅里葉變換FFT-IP核來實現，且快速傅里葉變換FFT-IP核均為數據無壓縮、流水線結構。

4.如權利要求2所述的基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，其特征在于，千兆網傳輸模塊與一維行FFT計算模塊之間連接有第一SRAM存儲芯片，一維行FFT計算模塊與一維列FFT計算模塊之間連接有第二SRAM存儲芯片，一維列FFT計算模塊與互功率譜計算模塊之間連接有第三SRAM存儲芯片，一維行逆FFT計算模塊與一維列逆FFT計算模塊之間連接有第四SRAM存儲芯片，且第一SRAM存儲芯片、第二SRAM存儲芯片、第三SRAM存儲芯片和第四SRAM存儲芯片均為開發板外置形式。

5.如權利要求4所述的基于FPGA的相位相關法圖像配準系統，其特征在于，在第三SRAM存儲芯片與一維列FFT計算模塊之間連接有第一先入先出緩存器FIFO，在第三SRAM存儲芯片與互功率譜計算模塊之間并聯連接有第二先入先出緩存器FIFO和第三先入先出緩存器FIFO；第三SRAM存儲芯片具有四個存儲區域block1、block2、block3和block4，block1用于存儲相鄰兩幅圖像中前一幅圖像二維FFT值的實部，block2用于存儲相鄰兩幅圖像中前一幅圖像二維FFT值的虛部，block3用于存儲相鄰兩幅圖像中后一幅圖像二維FFT值的實部，block4用于存儲相鄰兩幅圖像中后一幅圖像二維FFT值的虛部。

6.基于FPGA的相位相關法圖像配準方法，在特征在于，電腦端將攝像頭采集到的圖像數據通過千兆網發送到開發板上，千兆網傳輸模塊對圖像數據的位寬進行轉換，然后校準數據順序，拆分數據包，判斷圖像數據正誤，檢測UDP數據包幀頭，接著將數據包存儲到第一SRAM存儲芯片后對相鄰兩幅圖像進行乒乓操作，然后從第一SRAM存儲芯片將具有VGA時序的數據發送給二維FFT模塊；

二維FFT模塊分別對圖像的每行像素和每列像素進行一維FFT變換，求得每幅圖像的二維FFT值后將前后兩幅圖像的二維FFT值輸出給互功率譜計算模塊；

互功率譜計算模塊將前后兩幅圖像的二維FFT值的實部和虛部先同時進行乘法運算和求模運算，然后再進行除法運算獲得相鄰兩幅圖像的互功率譜值，擴大互功率譜值的倍數后用定點數表示，然后將數據發送給二維逆FFT模塊；

二維逆FFT模塊分別對圖像的每行數據和每列數據進行一維逆FFT變換，求得互功率譜值的二維逆FFT值后，將數據輸出給極值點尋找模塊；

極值點尋找模塊對二維逆FFT值的實部進行大小比較，尋找到極值點及其坐標，根據極值點對應的坐標確定相鄰兩幅圖像的相位偏移，然后通過千兆網傳輸模塊將圖像相位偏移值打包后發送至電腦端供后端算法匹配使用。