[發(fā)明專利]一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710130771.6
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106878618B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉天明
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢華之洋科技有限公司;華中光電技術(shù)研究所（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一七研究所）
• 主分類號: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;H04N5/357;G06K9/62
• 代理公司: 北京同輝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉洪勛

1.一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

光信號傳感探測模塊，其用于對待觀察的信號進(jìn)行掃描，并采集光信號；

光電轉(zhuǎn)化模塊，其與所述光信號傳感探測模塊連接，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并對電信號進(jìn)行去噪處理，得到凈化電信號；

電信號采集處理模塊，其與所述光電轉(zhuǎn)化模塊連接，用于將凈化電信號進(jìn)行AD采樣，得到數(shù)字信號，并對數(shù)字信號在FPGA中進(jìn)行算法處理；

所述光信號傳感探測模塊包括光源、光信號干涉儀和光信號放大器，所述光源用于為待測試部分提供光信號，所述光信號干涉儀用于將經(jīng)過測試部分的光信號按干涉條件分離為兩個光信號，并將兩個光信號輸入光信號放大器，所述光信號放大器用于提高所述被分離的光信號的強(qiáng)度并輸出：第一光信號、第二光信號；

所述光電轉(zhuǎn)化模塊包括第一探測器、第二探測器和比較器，所述第一探測器用于接受所述第一光信號并將其轉(zhuǎn)換為第一電信號，所述第二探測器用于接受所述第二光信號并將其轉(zhuǎn)換為第二電信號；所述比較器用于通過將第一電信號和第二電信號進(jìn)行比較，去除所述第一電信號和第二電信號中的直流分量，得到所述凈化電信號；

所述電信號采集處理模塊中FPGA中進(jìn)行算法處理通過背景噪聲去除單元、信號存儲單元、小波分析去噪單元、色散補(bǔ)償單元、對數(shù)量化單元和K-均值算法處理單元實(shí)現(xiàn)，所述背景噪聲去除單元用于將所述光信號傳感探測模塊采集的實(shí)際測試信號與背景信號庫進(jìn)行比較，去除實(shí)際測試信號中的背景信號，以得到去背景信號，背景信號為與當(dāng)前測試條件相似度高于70％的信號；所述信號存儲單元用于存儲所述去背景信號并將去背景信號發(fā)送至小波分析去噪單元進(jìn)行去噪，再依次經(jīng)過色散補(bǔ)償、對數(shù)量化和K-均值算法處理，得到與圖像相對應(yīng)的最終信號；

所述背景信號庫通過以下方式獲得：采集不同環(huán)境下被測試區(qū)域的空白光信號，并將其轉(zhuǎn)化為背景電信號，對背景電信號進(jìn)行去噪，得到去噪背景電信號，建立背景信號庫；

所述實(shí)際測試信號通過以下方式獲得：采集實(shí)時光信號，將實(shí)時光信號轉(zhuǎn)化為實(shí)時電信號，對實(shí)時電信號進(jìn)行去噪，得到去噪實(shí)時電信號，即實(shí)際測試信號；

去除實(shí)際測試信號中的背景信號具體為：將去噪實(shí)時電信號與背景電信號庫中的信息進(jìn)行比較，選擇測試條件相似度最高的信號作為背景信號并進(jìn)行比較，去除實(shí)時電信號中的背景電信號，得到去背景信號。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于：所述處理系統(tǒng)還包括一顯示模塊，所述顯示模塊與電信號采集處理模塊連接，其用于顯示所述電信號采集處理模塊處理后的信號。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)，其特征在于：所述K-均值算法處理單元處理步驟為：

A、初始化：輸入基因表達(dá)矩陣作為對象集X，輸入指定聚類類數(shù)N，并在X中隨機(jī)選取N個對象作為初始聚類中心，設(shè)定迭代中止條件，進(jìn)行迭代；

B、分配聚類：根據(jù)相似度準(zhǔn)則將數(shù)據(jù)對象分配到最接近的聚類中心，從而形成一類，初始化隸屬度矩陣；

C、更新聚類中心：以每一類的平均向量作為新的聚類中心，重新分配數(shù)據(jù)對象，轉(zhuǎn)入步驟A至中止；

公式一：

假設(shè)有M個數(shù)據(jù)源，C個聚類中心，μc為聚類中心，該公式的意思也就是將每個類中的數(shù)據(jù)與每個聚類中心做差的平方和，J最小，意味著分割的效果最好。

4.一種采用權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行處理的方法，其特征在于：包括以下步驟：

采集不同環(huán)境下被測試區(qū)域的空白光信號，并將其轉(zhuǎn)化為背景電信號，對背景電信號進(jìn)行去噪，得到去噪背景電信號，建立背景信號庫；

采集實(shí)時光信號，將實(shí)時光信號轉(zhuǎn)化為實(shí)時電信號，對實(shí)時電信號進(jìn)行去噪，得到去噪實(shí)時電信號；

將去噪實(shí)時電信號與背景電信號庫中的信息進(jìn)行比較，選擇測試條件相似度最高的信號作為背景信號并進(jìn)行比較，去除實(shí)時電信號中的背景電信號，得到去背景信號，將去背景信號存儲后進(jìn)行小波分析去噪、色散補(bǔ)償、對數(shù)量化和K-均值算法處理，得到與圖像相對應(yīng)的最終信號。

5.如權(quán)利要求4所述的一種采用基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行處理的方法，其特征在于：所述將實(shí)時光信號轉(zhuǎn)化為實(shí)時電信號，對實(shí)時電信號進(jìn)行去噪，得到去噪實(shí)時電信號具體包括以下步驟：

將實(shí)時電信號進(jìn)行干涉分離為兩個光信號，并將兩個光信號進(jìn)行光強(qiáng)度加強(qiáng)后輸出：第一光信號、第二光信號；

將第一光信號轉(zhuǎn)換為第一電信號，第二光信號轉(zhuǎn)換為第二電信號，比較第一電信號和第二電信號后去除第一電信號和第二電信號中的直流分量，去噪實(shí)時電信號。