CN103973981A - 一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 - Google Patents
一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103973981A CN103973981A CN201410187265.7A CN201410187265A CN103973981A CN 103973981 A CN103973981 A CN 103973981A CN 201410187265 A CN201410187265 A CN 201410187265A CN 103973981 A CN103973981 A CN 103973981A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wavefront
- data
- slope
- calculated
- pixel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Studio Devices (AREA)
Abstract
一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其特点如下：基于图像传感器获得图像数据，控制和图像运算单元在进行图像整理同时完成波前斜率计算。本发明基于图像传感器设计图像采集系统，图像传感器所有可控工作参数均可自由设定，该发明方法让图像采集模块分担波前斜率计算任务，减轻了波前处理机负担，有利于波前处理机缩短处理延时，该方法相比于图像采集和波前斜率计算分开的波前处理方式，有利于处理机的小型化设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像采集和波前斜率计算方法，尤其是将图像采集和波前处理机中波前斜率计算集成的方法，适用于自适应光学系统波前处理。
背景技术
自适应光学系统可以实时探测和校正动态波前误差，使目标成像稳定、清晰。对于扰动频率较高的波前校正中，要求自适应光学系统具有较高的控制带宽，为此提高自适应光学系统的采样频率和运算速度非常重要。当系统采样频率确定的时候，缩短波前处理机的运算延时将直接影响到系统控制带宽。为此，人们在波前处理机硬件结构和计算流程上都有研究，1998年王春红、李梅等利用多核DSP实现2900Hz的高速实时波前处理机，处理机采集CCD相机图像、进行波前斜率计算、波前复原运算，最终输出控制模拟信号(见于王春红、李梅、李安娜，帧频2900Hz的高速实时波前处理机，光电工程，1998年第25卷第6期，25-28)；2003年B.Scharmer等介绍了瑞典太阳望远镜自适应光学系统，其中哈特曼波前传感器采用成品CCD相机，波前处理运算和图像采集分别由不同模块进行(见于B.Scharmer，Peter Dettori，Adaptive opticssystem for the new Swedish solar telescope，Proc.of SPIE Vol.4853，370-380)；2004年Kit Richards等介绍了他们为哈特曼波前传感器制作低延时相机。相机通过高速接口将图像数据实时传出，波前处理机从相机采集图像后开始波前处理运算(见于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等提出一种基于CPU的处理机控制方案，处理机从采集CCD相机图像开始，进行波前斜率计算、波前复原和波前控制的运算(见于Alastair Basden，Deli Geng，Richard Myers,et al.，Durham adaptive optics real-time controller，APPLIED OPTICS，Vol.49，No.32/10November2010，6354-6363)。这些自适应光学系统都有一个共同点：相机的任务只包含从图像传感器获得原始数据，再整理成图像，所有与波前处理相关的运算由处理机完成。图像采集系统不参与波前处理运算导致处理机任务较重，这种图像采集和波前处理分离的结构导致系统不够小型化。因此提出一种能够分担波前处理机处理任务，结构上将图像采集和波前处理集成的方法是十分必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有波前处理机系统从相机获得图像数据之后，再开始波前处理的方法中处理机任务过重、相机和处理机分离使系统不够小型化、图像采集参数控制不够灵活的问题，提出一种从基于图像传感器，将图像采集和波前斜率计算集成的方法，让相机分担处理机波前斜率计算任务，利于处理机结构小型化。
本发明的技术方案是：一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其步骤如下：
(1)图像传感器采集波前图像信息后传送给控制和运算单元，其中图像传感器为CCD或CMOS图像传感器，控制和运算单元包括FPGA、CPLD、DSP；
(2)控制和运算单元接收图像传感器发送的数据后同时开始三个方面的处理工作：像素顺序调整、波前斜率计算和数据格式整理；
(3)波前斜率计算的结果和顺序调整后的像素数据按照处理机需要的输出数据格式进行格式调整后输出至处理机。
所述步骤(1)中需要明确图像传感器输出数据格式，包括数据位宽和像素顺序，部分图像传感器需要控制和运算单元对图像传感器参数进行配置；
所述步骤(2)中像素顺序整理为：通过使用控制运算单元中缓存模块和控制各缓存模块的读写时序，将图像传感器发送的数据按照输出图像需求进行像素顺序调整；
所述步骤(2)中波前斜率计算为：在使用哈特曼波前传感器的自适应光学系统中，先用标准的平行光照射透镜阵列，测出每一个子孔径对应的光斑质心坐标，作为参考基准，有畸变波前入射后，子孔径光斑会出现漂移，通过测量漂移量，运用表达式和计算子孔径范围内两个方向上的平均斜率，其中f为微透镜焦距，(Gx,Gy)为波前平均斜率，λ为中心波长，(Xx,Yy)为质心坐标，通过表达式和计算光斑质心，其中Wij是坐标(i,j)处的光强值，(Xi,Yj)是像素位置坐标，m,n为子孔径靶面包含像素行列数。
所述步骤(2)中数据格式整理指的是根据后级的处理机对图像数据和斜率数据需求特点调整输出图像数据和斜率计算结果数据输出形式，包括比特位分配和时序关系。
所述步骤(2)中像素顺序调整和波前斜率计算同时进行，像素顺序调整时，利用像素点的位置和像素值信息进行波前斜率计算；最后根据后级需求将斜率计算结果和图像数据调整成需要格式输出。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明所适用的图像采集系统示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实例系统(2)由图像传感器1，控制和运算单元2，输出接口6，配置接口3，高速缓存单元4，Flash存储单元5组成。其中，图像传感器1为高速CMOS图像传感器LUPA1300-2系列，控制和运算单元2为Altera Stratix II系列FPGA，高速缓存单元4为QDRII高速存储器，Flash存储单元5为Flash存储器，输出接口6为Camera Link接口，配置接口3为RS232标准接口。
上电后，配置接口3与上位机相连，将需要配置的数据传送致控制和运算单元，配置参数包括图像传感器必要的控制参数和运算参数，控制和运算单元根据图像传感器配置数据特点配置图像传感器，通过配置接口3设置工作参数和运算参数。
参数配置好后进行哈特曼传感器标定，通过标定得到子孔径质心数据，将数据缓存至高速缓存单元。参数设置后，图像传感器1开始发送图像数据，控制和运算单元2获得数据后开始整理像素，运算中间数据存入高速缓存单元4中，需要时再从高速缓存单元4中读出。控制和运算单元2获得图像传感器1的数据后，一边开始整理像素，调整时钟，为图像输出准备，一边利用像素数据计算波前斜率。最后，图像和计算结果经输出接口6传输给后级系统。
本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其特征在于步骤如下：
(1)图像传感器采集波前图像信息后传送给控制和运算单元，其中图像传感器为CCD或CMOS图像传感器，控制和运算单元包括FPGA、CPLD、DSP；
(2)控制和运算单元接收图像传感器发送的数据后同时开始三个方面的处理工作：像素顺序调整、波前斜率计算和数据格式整理；
(3)波前斜率计算的结果和顺序调整后的像素数据按照处理机需要的输出数据格式进行格式调整后输出至处理机。
2.根据权利要求1所述的一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其特征在于：
所述步骤(1)中需要明确图像传感器输出数据格式，包括数据位宽和像素顺序，部分图像传感器需要控制和运算单元对图像传感器参数进行配置；
所述步骤(2)中像素顺序整理为：通过使用控制运算单元中缓存模块和控制各缓存模块的读写时序，将图像传感器发送的数据按照输出图像需求进行像素顺序调整；
所述步骤(2)中波前斜率计算为：在使用哈特曼波前传感器的自适应光学系统中，先用标准的平行光照射透镜阵列，测出每一个子孔径对应的光斑质心坐标，作为参考基准，有畸变波前入射后，子孔径光斑会出现漂移，通过测量漂移量，运用表达式和计算子孔径范围内两个方向上的平均斜率，其中f为微透镜焦距，(Gx,Gy)为波前平均斜率，λ为中心波长，(Xx,Yy)为质心坐标，通过表达式和计算光斑质心，其中Wij是坐标(i,j)处的光强值，(Xi,Yj)是像素位置坐标，m,n为子孔径靶面包含像素行列数。
3.根据权利要求1所述的一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其特征在于：
所述步骤(2)中数据格式整理指的是根据后级的处理机对图像数据和斜率数据需求特点调整输出图像数据和斜率计算结果数据输出形式，包括比特位分配和时序关系。
4.根据权利要求1所述的一种集成图像采集和波前斜率计算的方法，其特征在于：
所述步骤(2)中像素顺序调整和波前斜率计算同时进行，像素顺序调整时，利用像素点的位置和像素值信息进行波前斜率计算；最后根据后级需求将斜率计算结果和图像数据调整成需要格式输出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410187265.7A CN103973981B (zh) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | 一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410187265.7A CN103973981B (zh) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | 一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103973981A true CN103973981A (zh) | 2014-08-06 |
| CN103973981B CN103973981B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=51242972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410187265.7A Active CN103973981B (zh) | 2014-05-05 | 2014-05-05 | 一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103973981B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1804711A (zh) * | 2006-01-16 | 2006-07-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 利用腔内自适应光学技术改善固体激光器光束质量的装置 |
| CN101246256A (zh) * | 2008-01-11 | 2008-08-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于fpga的可升级高速波前斜率处理机 |
| US8009280B1 (en) * | 2007-07-03 | 2011-08-30 | Erry Gavin R G | Wavefront characterization and correction |
| US20110311132A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-22 | Elie Meimoun | Wavefront analysis inspection apparatus and method |
| CN103217224A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高速波前测量和波前处理一体化系统 |
-
2014
- 2014-05-05 CN CN201410187265.7A patent/CN103973981B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1804711A (zh) * | 2006-01-16 | 2006-07-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 利用腔内自适应光学技术改善固体激光器光束质量的装置 |
| US8009280B1 (en) * | 2007-07-03 | 2011-08-30 | Erry Gavin R G | Wavefront characterization and correction |
| CN101246256A (zh) * | 2008-01-11 | 2008-08-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于fpga的可升级高速波前斜率处理机 |
| US20110311132A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-22 | Elie Meimoun | Wavefront analysis inspection apparatus and method |
| CN103217224A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高速波前测量和波前处理一体化系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103973981B (zh) | 2017-02-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102360079B (zh) | 一种激光测距仪及工作方法 | |
| CN102636271B (zh) | 一种基于差分光学的相位差法波前测量成像装置 | |
| CN103743485B (zh) | 用于同步探测地物光与天空光的全偏振光谱成像系统 | |
| CN104018850A (zh) | 基于双目视觉的管片拼装机的管片定位及抓取系统 | |
| CN104808012A (zh) | 一种三维速度压力耦合测量方法及系统 | |
| CN103968845A (zh) | 一种用于星敏感器的dsp与fpga并行多模式星图处理方法 | |
| CN111031244A (zh) | 一种基于fpga+gpu异构计算平台的波前处理控制方法 | |
| CN105203213B (zh) | 一种计算复合波前传感自适应光学系统复原电压的方法 | |
| CN101742102A (zh) | 一种可见光摄像机与红外热像仪的一体机 | |
| EP2635019A3 (en) | Image processing device, image processing method, and program | |
| CN103148935B (zh) | 一种工业用激光器光束参数测量装置 | |
| CN103323216B (zh) | 一种检测平行光管视差的装置及方法 | |
| CN104391466A (zh) | 一种快速自适应光学控制器的设计方法 | |
| CN107014838A (zh) | 基于x射线查看珍蚌内珍珠状态的检测器 | |
| CN108305290B (zh) | 一种动目标的精确测谱方法 | |
| CN103973981A (zh) | 一种集成图像采集和波前斜率计算的方法 | |
| CN202150052U (zh) | 光电自动天文导星、寻星系统 | |
| CN103139477A (zh) | 一种3d相机及获得立体像的方法 | |
| CN103217224A (zh) | 高速波前测量和波前处理一体化系统 | |
| CN206524916U (zh) | 一种自适应检测和调整双摄光轴的装置 | |
| CN204389019U (zh) | 一种高分辨率多波长激光强度分布探测器 | |
| CN104135624B (zh) | 一种基于光束函数和图像特征的相机积分时间调整方法 | |
| CN105872344A (zh) | 图像处理方法、图像处理装置、电子设备 | |
| CN204064456U (zh) | 基于双晶体滤波的带通可调声光滤波成像装置 | |
| CN105628622A (zh) | 一种基于三相机偏振成像系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |