[發(fā)明專利]一種集成圖像采集和波前斜率計算的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410187265.7
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103973981B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 趙恩毅;陳善球;楊平;許冰;董理治;晏虎;何星
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發(fā)明涉及一種圖像采集和波前斜率計算方法，尤其是將圖像采集和波前處理機中波前斜率計算集成的方法，適用于自適應光學系統(tǒng)波前處理。

背景技術

自適應光學系統(tǒng)可以實時探測和校正動態(tài)波前誤差，使目標成像穩(wěn)定、清晰。對于擾動頻率較高的波前校正中，要求自適應光學系統(tǒng)具有較高的控制帶寬，為此提高自適應光學系統(tǒng)的采樣頻率和運算速度非常重要。當系統(tǒng)采樣頻率確定的時候，縮短波前處理機的運算延時將直接影響到系統(tǒng)控制帶寬。為此，人們在波前處理機硬件結構和計算流程上都有研究，1998年王春紅、李梅等利用多核DSP實現(xiàn)2900Hz的高速實時波前處理機，處理機采集CCD相機圖像、進行波前斜率計算、波前復原運算，最終輸出控制模擬信號(見于王春紅、李梅、李安娜，幀頻2900Hz的高速實時波前處理機，光電工程，1998年第25卷第6期，25-28)；2003年B.Scharmer等介紹了瑞典太陽望遠鏡自適應光學系統(tǒng)，其中哈特曼波前傳感器采用成品CCD相機，波前處理運算和圖像采集分別由不同模塊進行(見于B.Scharmer，Peter Dettori，Adaptive optics system for the new Swedish solar telescope，Proc.of SPIE Vol.4853，370-380)；2004年Kit Richards等介紹了他們?yōu)楣芈ㄇ皞鞲衅髦谱鞯脱訒r相機。相機通過高速接口將圖像數(shù)據(jù)實時傳出，波前處理機從相機采集圖像后開始波前處理運算(見于Kit Richards，Thomas Rimmele，Reuben Hill，High speed low latency solar adaptive optics camera，Proc.of SPIE Vol.5171，316-325)；2010年Alastair Basden等提出一種基于CPU的處理機控制方案，處理機從采集CCD相機圖像開始，進行波前斜率計算、波前復原和波前控制的運算(見于Alastair Basden，Deli Geng，Richard Myers,et al.，Durham adaptive optics real-time controller，APPLIED OPTICS，Vol.49，No.32/10November2010，6354-6363)。這些自適應光學系統(tǒng)都有一個共同點：相機的任務只包含從圖像傳感器獲得原始數(shù)據(jù)，再整理成圖像，所有與波前處理相關的運算由處理機完成。圖像采集系統(tǒng)不參與波前處理運算導致處理機任務較重，這種圖像采集和波前處理分離的結構導致系統(tǒng)不夠小型化。因此提出一種能夠分擔波前處理機處理任務，結構上將圖像采集和波前處理集成的方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有波前處理機系統(tǒng)從相機獲得圖像數(shù)據(jù)之后，再開始波前處理的方法中處理機任務過重、相機和處理機分離使系統(tǒng)不夠小型化、圖像采集參數(shù)控制不夠靈活的問題，提出一種從基于圖像傳感器，將圖像采集和波前斜率計算集成的方法，讓相機分擔處理機波前斜率計算任務，利于處理機結構小型化。

本發(fā)明的技術方案是：一種集成圖像采集和波前斜率計算的方法，其步驟如下：

(1)圖像傳感器采集波前圖像信息后傳送給控制和運算單元，其中圖像傳感器為CCD或CMOS圖像傳感器，控制和運算單元包括FPGA、CPLD、DSP；

(2)控制和運算單元接收圖像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后同時開始三個方面的處理工作：像素順序調(diào)整、波前斜率計算和數(shù)據(jù)格式整理；

(3)波前斜率計算的結果和順序調(diào)整后的像素數(shù)據(jù)按照處理機需要的輸出數(shù)據(jù)格式進行格式調(diào)整后輸出至處理機。

所述步驟(1)中需要明確圖像傳感器輸出數(shù)據(jù)格式，包括數(shù)據(jù)位寬和像素順序，部分圖像傳感器需要控制和運算單元對圖像傳感器參數(shù)進行配置；

所述步驟(2)中像素順序整理為：通過使用控制運算單元中緩存模塊和控制各緩存模塊的讀寫時序，將圖像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)按照輸出圖像需求進行像素順序調(diào)整；