CN108419020B - 基于fpga的激光散射图像采集卡及图像处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于FPGA的激光散射图像采集卡以及基于FPGA的激光散射图像处理装置，可以实现对激光散射装置输出的两路信号(一路为图像信号，一路为图像对齐信号)进行快速采集、合成，并传输给计算机。基于FPGA的激光散射图像处理装置包括：主控模块、A/D采集模块、数据存储模块、数据传输模块、激光散射装置和计算机。其中：主控模块包括FPGA型主控芯片，用于对数字量信息进行处理；A/D采集模块分别与激光散射装置和主控模块连接，用于接收来自激光散射装置的图像的电信号，并将其转化为数字信号输出给主控模块；数据存储模块用于存放主控模块的运算数据以及运算结果；数据传输模块用于使主控模块与计算机之间实现Gige Vision协议的千兆以太网通信。

Description

基于FPGA的激光散射图像采集卡及图像处理装置
技术领域
本发明涉及通信技术，具体涉及基于FPGA的激光散射图像采集卡和基于FPGA的激光散射图像处理装置。
背景技术
数据采集,是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡,即实现数据采集功能的计算机扩展卡,可以通过USB、PCI\PCIE、千兆以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
发明内容
为克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了基于FPGA的激光散射图像采集卡，它可以实现对激光散射装置输出的两路信号(一路为图像信号，一路为图像对齐信号)进行快速采集、合成，并传输给计算机。对应的，本发明还提供了基于FPGA的激光散射图像处理装置。
对于采集卡：本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡，包括：
主控模块，主控模块包括FPGA型主控芯片，主控模块用于对数字量信息进行处理；
A/D采集模块，A/D采集模块包括模数转换芯片，A/D采集模块与主控模块连接，用于接收来自激光散射装置的图像的电信号，并将其转化为数字信号输出给主控模块；
数据存储模块，数据存储模块包括内存芯片，数据存储模块与主控模块连接，用于存放主控模块的运算数据以及运算结果；
以及，数据传输模块，数据传输模块包括数据传输芯片，数据传输模块与主控模块连接，用于使主控模块与计算机之间实现GigeVision协议的千兆以太网通信。
与现有技术相比，本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡具体全新设计的电路构造，可以实现对激光散射装置输出的两路信号(一路为图像信号，一路为图像对齐信号)进行快速采集、合成，并传输给计算机，相比现有技术，本发明的图像采集卡能更好的采集到一张完整清晰的图像，并且由于是两路信号，所采集的图像在图像对齐方面具有很大的优势。
作为优化，前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡还包括JTAG仿真接口和串行配置芯片，JTAG仿真接口和串行配置芯片与主控模块连接，用于烧写程序。
作为优化，前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡还包括电源模块，电源模块用于为各部件供电。
作为优化，前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡中，所述数据传输模块还包括数据传输接口，数据传输接口与数据传输芯片的输出端连接，起到方便连接计算机的作用。
作为优化，前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡还包括图像显示模块，用于实现图像的显示。
优选地，前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡中，所述FPGA型主控芯片为CycloneⅣ的FPGA的E系列的EP4CE15F23C8主控芯片；所述模数转换芯片为AD9226芯片；所述内存芯片为MT47H64M16HR-3IT芯片；所述数据传输芯片为RTL8211EG芯片；所述JTAG仿真接口和串行配置芯片为M25P6或EPCS64；所述数据传输接口为RJ45网络接口。
对于图像处理装置，本发明的基于FPGA的激光散射图像处理装置包括激光散射装置、计算机，以及如前述的基于FPGA的激光散射图像采集卡；所述激光散射装置与所述基于FPGA的激光散射图像采集卡的A/D采集模块连接；所述计算机与所述基于FPGA的激光散射图像采集卡的数据传输模块连接。
附图说明
图1是本发明基于FPGA的激光散射图像处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本发明作进一步的说明，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不作为对本发明限制的依据。
参见图1，本发明的基于FPGA的激光散射图像处理装置包括：主控模块、A/D采集模块、数据存储模块、数据传输模块、激光散射装置和计算机。
其中：
主控模块包括FPGA型主控芯片，主控模块用于对数字量信息进行处理；
A/D采集模块包括模数转换芯片，A/D采集模块分别与激光散射装置和主控模块连接，用于接收来自激光散射装置的图像的电信号，并将其转化为数字信号输出给主控模块；
数据存储模块包括内存芯片，数据存储模块与主控模块连接，用于存放主控模块的运算数据以及运算结果；
数据传输模块包括数据传输芯片，数据传输模块与主控模块连接，用于使主控模块与计算机之间实现Gige Vision协议的千兆以太网通信。
主控模块、A/D采集模块、数据存储模块和数据传输模块构成本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡。工作时，A/D采集模块从激光散射装置采集模拟信号(电信号)形式的图像信号和图像对齐信号，并将模拟信号转化为数字信号输送给主控模块，主控模块接收到图像信息后，对两路A/D信号进行合成，然后通过数据传输模块传送给计算机。
两路A/D信号分别是行同步信号和像素点的灰度值信号。由于行同步信号是激光散射的八面振镜产生的，需要将数据进行矫正并储存到内存芯片中进行缓存。
矫正方法可以利用简单的插值求导以及灰度阈值参考：
其中，h表示步长，θ1表示灰度变化程度的阈值，θ2表示灰度值阈值。
作为优化，本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡还可以进一步包括JTAG仿真接口和串行配置芯片，JTAG仿真接口和串行配置芯片与主控模块连接，方便烧写程序。
作为优化，本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡还可以进一步包括电源模块，电源模块用于为各部件供电。
作为优化，本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡中，所述数据传输模块还可以进一步包括数据传输接口，数据传输接口与数据传输芯片的输出端连接，方便连接计算机。
作为优化，本发明的基于FPGA的激光散射图像采集卡还可以进一步包括图像显示模块，用于实现图像的显示。所述的图像显示模块是一个显示器接口，可以是VGA接口。
作为最佳实施例，所述FPGA型主控芯片为CycloneⅣ的FPGA的E系列的EP4CE15F23C8主控芯片；所述模数转换芯片为AD9226芯片；所述内存芯片为MT47H64M16HR-3IT芯片；所述数据传输芯片为RTL8211EG芯片；所述JTAG仿真接口和串行配置芯片为M25P6或EPCS64；所述数据传输接口为RJ45网络接口。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式包括实施例中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (7)

1.基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于，包括：
主控模块，主控模块包括FPGA型主控芯片，主控模块用于对数字量信息进行处理；
A/D采集模块，A/D采集模块包括模数转换芯片，A/D采集模块与主控模块连接，用于接收来自激光散射装置的图像的电信号，并将其转化为数字信号输出给主控模块；
数据存储模块，数据存储模块包括内存芯片，数据存储模块与主控模块连接，用于存放主控模块的运算数据以及运算结果；
以及，数据传输模块，数据传输模块包括数据传输芯片，数据传输模块与主控模块连接，用于使主控模块与计算机之间实现Gige Vision协议的千兆以太网通信；
工作时，A/D采集模块从激光散射装置采集模拟信号形式的图像信号和图像对齐信号，并将模拟信号转化为两路A/D信号输送给主控模块，主控模块接收到该两路A/D信号后，对两路A/D信号进行合成，然后通过数据传输模块传送给计算机；两路A/D信号分别是行同步信号和像素点的灰度值信号；
其中，行同步信号的数据进行矫正并储存到内存芯片中进行缓存；矫正方法利用简单的插值求导以及灰度阈值参考：；式中，h表示步长，/>表示灰度变化程度的阈值，/>表示灰度值阈值。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于：还包括JTAG仿真接口和串行配置芯片，JTAG仿真接口和串行配置芯片与主控模块连接，用于烧写程序。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于：还包括电源模块，电源模块用于为各部件供电。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于：所述数据传输模块还包括数据传输接口，数据传输接口与数据传输芯片的输出端连接。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于：还包括图像显示模块，用于实现图像的显示。
6.根据权利要求2所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡，其特征在于：所述FPGA型主控芯片为Cyclone Ⅳ的FPGA的E系列的EP4CE15F23C8主控芯片；所述模数转换芯片为AD9226芯片；所述内存芯片为MT47H64M16HR-3IT芯片；所述数据传输芯片为 RTL8211EG芯片；所述JTAG仿真接口和串行配置芯片为M25P6或EPCS64；所述数据传输接口为RJ45网络接口。
7.基于FPGA的激光散射图像处理装置，其特征在于：包括激光散射装置、计算机，以及如权利要求1至6任一权利要求所述的基于FPGA的激光散射图像采集卡；所述激光散射装置与所述基于FPGA的激光散射图像采集卡的A/D采集模块连接；所述计算机与所述基于FPGA的激光散射图像采集卡的数据传输模块连接。
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