[發明專利]一種基于FPGA的星上迭代圖像處理方法

有效

• 申請號: 201510095534.1
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104750480B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 董書莉;李濤;李春梅;雷寧
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G06F9/44
• 分類號: G06F9/44
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種圖像處理方法，特別是一種基于FPGA的星上迭代圖像處理方法，適用于大數據量、有迭代運算的實時圖像處理算法的硬件實現，屬于實時遙感圖像處理領域。

背景技術

隨著遙感技術的發展，人們對遙感成像需求日益迫切，成像質量的要求也越來越高。因此具有預識別、預處理能力的星上處理方法對于改善遙感圖像質量至關重要。目前星上圖像處理算法主要是圖像預處理以及一些基于圖像處理的自適應調節等算法，其中自適應調節這類算法需要采用重復多次迭代進行求解，計算量大，不適合于對圖像的快速處理和在硬件上的實時實現。

而FPGA由于結構的限制，特別適合于實現數據量巨大、可以流水線實現的圖像處理算法。所謂流水線方法：是將處理流程分為若干步驟，整個數據處理是“單流向”的，即沒有反饋或者迭代運算，前一步驟的輸出是下一個步驟的輸入。

為了能在FPGA平臺上實現自適應調節這類重復多次迭代的算法，并且適應目前遙感相機多片CCD同時工作、數據量巨大的要求，必須合理的設計圖像處理算法的實現方法，以最大限度的利用運算、存儲等硬件資源。同時，為使硬件資源有效發揮作用，算法與架構之間的密切配合是很重要的，必須考慮數據流的有效控制方法，將運算單元充分利用，減少邏輯資源的開銷。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服FPGA平臺不擅長處理迭代算法這一問題，提出一種基于FPGA的星上迭代圖像處理算法的實現架構，利用雙口RAM與寄存器組搭建了一個圖像處理架構，將存在迭代運算的圖像處理算法嵌入此架構內，通過控制雙口RAM和寄存器組的讀寫來實現數據的迭代和不同CCD之間運算的切換，使一個圖像處理算法模塊能夠流水線處理多片不同類型CCD，用處理一片CCD的FPGA資源，完成了多片CCD的處理，提高了FPGA的硬件資源利用率，最大程度上滿足了大數據量星上圖像迭代運算的需求。

本發明的技術解決方案是：一種基于FPGA的星上迭代圖像處理方法，步驟如下：

(1)根據預先給定的星上迭代圖像處理算法，確定各片CCD進行圖像處理所需參數的數量m₁和星上迭代圖像處理算法產生反饋參數的數量m₂，并根據m₁和m₂在雙口RAM中開辟用于存儲參數及反饋參數的空間；

(2)在有效圖像數據到來前，通過CCD寫地址信號和寫使能信號聯合控制，將各片CCD進行圖像處理所需的參數寫入雙口RAM；

(3)在進行星上迭代圖像處理前，選取一片CCD，讀出雙口RAM中該片CCD進行圖像處理所需的參數和前一時刻算法產生的反饋參數，將CCD進行圖像處理所需的參數和前一時刻算法產生的反饋參數鎖存于寄存器組中，初始時刻算法的反饋參數均為“0”；

(4)步驟(3)中選取的CCD利用預先給定的星上迭代圖像處理算法進行運算，得出當前時刻圖像的特征參數和用于下一時刻計算的反饋參數，并更新存放當前時刻圖像特征參數的寄存器和存放用于下一時刻計算反饋參數的寄存器；

(5)在當前CCD數據使能結束并且圖像處理算法計算完畢后，將步驟(3)中選取的CCD進行圖像處理所需的參數和當前時刻算法產生的反饋參數寫入雙口RAM中；

(6)選取新的一片CCD，重復步驟(3)～步驟(5)，直至遍歷所有CCD。

所述步驟(1)中根據一片CCD進行圖像處理所需的參數數量m₁和圖像處理算法產生的反饋參數數量m₂，在雙口RAM中開辟空間，用于存儲參數及反饋信號，具體為：

若FPGA串行處理n片CCD數據，則雙口RAM中開辟的空間為：

M＝n*2^ceil(log₂(2^ceil(log₂m₁)+m₂))，其中M為雙口RAM中存儲空間的長度，雙口RAM位寬由所有參數中位寬最大的決定，ceil表示向無限大取整。

所述步驟(2)中通過CCD寫地址信號和寫使能信號聯合控制，將各片CCD進行圖像處理所需的參數寫入雙口RAM；具體為：

在各片CCD有效數據到來之前，外部發送的參數信號和參數使能信號會將各片CCD的工作狀態和各片CCD進行圖像處理所需的參數進行廣播，廣播結束后，解析各片CCD進行圖像處理所需的m₁個參數，并控制寫地址信號和寫使能信號將m₁個參數寫入雙口RAM。