CN112286107A - 基于fpga的自适应光学闭环控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于FPGA的自适应光学闭环控制系统，包括高速图像传感器芯片，高速图像传感器芯片的驱动电路，8路并行的SLVS‑EC数据流，FPGA模块，变形镜，上位机，供电模块，IIC寄存器配置模块，VHDCI，千兆以太网口和控制系统，所述FPGA模块包括RXSLVS‑EC协议解析模块、图像数据解析及处理模块和求解变形镜控制矩阵模块。本发明方案将工业相机、变形镜驱动器、图像处理器集成到一块FPGA板子上，图像传感器通过FPGA模块直接获取图像并解算出变形镜控制信号，提高了系统的稳定性，防止图像丢帧，同时简化了系统结构，降低系统成本和功耗。

Description

基于FPGA的自适应光学闭环控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于成像处理技术领域，具体涉及一种基于FPGA的自适应光学闭环控制系统及控制方法。
背景技术
目前，自适应光学闭环控制系统(AO)都是采用工作站或者FPGA控制工业高速相机、变形镜等设备，一般而言，工业高速相机无论是USB，还是1394、GigE或者是CameraLink。设计不良的驱动程序或工业相机硬件都会造成图像丢帧；设计不良的工业相机之所以会发生丢帧的现象，其实就是数据通道的堵塞，无法及时处理，所以新的图像进来时，前一张可能被迫丢弃，或是新的图像被迫丢弃，导致自适应光学闭环控制系统(AO)不稳定；其次，各个组件之间相互独立，组装起来系统比较庞大且价格高昂。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种有效防止图像丢帧的基于FPGA的小型化、高稳定性自适应光学闭环控制系统及控制方法。
技术方案：本发明所述的一种基于FPGA的自适应光学闭环控制系统，包括高速图像传感器芯片，高速图像传感器芯片的驱动电路，8路并行的SLVS-EC数据流，FPGA模块，变形镜，上位机，供电模块，IIC寄存器配置模块，VHDCI，千兆以太网口和控制系统，所述FPGA模块包括RXSLVS-EC协议解析模块、图像数据解析及处理模块和求解变形镜控制矩阵模块，所述高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块连接、RXSLVS-EC协议解析模块与图像数据解析及处理模块连接、图像数据解析及处理模块与求解变形镜控制矩阵模块连接、求解变形镜控制矩阵模块通过VHDCI与变形镜连接、上位机通过千兆以太网口以及控制系统与FPGA模块连接，IIC寄存器配置模块与FPGA模块连接、供电模块与FPGA模块相连。
本发明还提供了上述基于FPGA的自适应光学闭环控制系统的控制方法，具体为：高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块直接相连，通过8路并行的SLVS-EC数据流直接获取图像RAW数据流，经RX SLVS-EC协议解析模块接收后进行图像数据传输协议解析，数据解析完成后，送入图像数据解析与处理模块，对图像进行预处理，然后通过求解变形镜控制矩阵模块求解图像清晰度得到变形镜的控制电压信号矩阵，最后通过VHDCI控制变形镜形变；上位机通过以太网口抓取图像数据进行显示，同时可以通过系统控制对FPGA的IIC寄存器进行修改和配置；FPGA模块将高速传感器芯片获得的图像通过一系列处理进行清晰度解算得到变形镜需要变化的形状，最后获得高清的图像数据，FPGA模块通过对变形镜施加电压，改变成像光束的质量，对光路传输产生的光束波前畸变进行校正，提高相机图像的清晰度。有益效果：本发明方案将工业相机、变形镜驱动器、图像处理器集成到一块FPGA板子上，图像传感器通过FPGA模块直接获取图像并解算出变形镜控制信号，提高了系统的稳定性，防止图像丢帧，同时简化了系统结构，降低了系统成本和功耗。
附图说明
图1为本发明系统的整体结构框图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种基于FPGA的自适应光学闭环控制系统，包括高速图像传感器芯片，高速图像传感器芯片的驱动电路，8路并行的SLVS-EC数据流，FPGA模块，变形镜，上位机，供电模块，IIC寄存器配置模块，VHDCI，千兆以太网口和控制系统，所述FPGA模块包括RXSLVS-EC协议解析模块、图像数据解析及处理模块和求解变形镜控制矩阵模块，所述高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块连接、RX SLVS-EC协议解析模块与图像数据解析及处理模块连接、图像数据解析及处理模块与求解变形镜控制矩阵模块连接、求解变形镜控制矩阵模块通过VHDCI与变形镜连接、上位机通过千兆以太网口以及控制系统与FPGA模块连接，IIC寄存器配置模块与FPGA模块连接、供电模块与FPGA模块相连。
上述基于FPGA的自适应光学闭环控制系统的控制方法，具体为：高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块直接相连，通过8路并行的SLVS-EC数据流直接获取图像RAW数据流，经RX SLVS-EC协议解析模块接收后进行图像数据传输协议解析，数据解析完成后，送入图像数据解析与处理模块，对图像进行预处理，然后通过求解变形镜控制矩阵模块求解图像清晰度得到变形镜的控制电压信号矩阵，最后通过VHDCI控制变形镜形变；上位机通过以太网口抓取图像数据进行显示，同时可以通过系统控制对FPGA的IIC寄存器进行修改和配置；FPGA模块将高速传感器芯片获得的图像通过一系列处理进行清晰度解算得到变形镜需要变化的形状，最后获得高清的图像数据，FPGA模块通过对变形镜施加电压，改变成像光束的质量，对光路传输产生的光束波前畸变进行校正，提高相机图像的清晰度。
本发明方案将工业相机、变形镜驱动器、图像处理器集成到一块FPGA板子上，图像传感器通过FPGA模块直接获取图像并解算出变形镜控制信号，提高了系统的稳定性，防止图像丢帧，同时简化了系统结构，降低了系统成本和功耗。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于FPGA的自适应光学闭环控制系统，其特征在于：包括高速图像传感器芯片，高速图像传感器芯片的驱动电路，8路并行的SLVS-EC数据流，FPGA模块，变形镜，上位机，供电模块，IIC寄存器配置模块，VHDCI，千兆以太网口和控制系统，所述FPGA模块包括RXSLVS-EC协议解析模块、图像数据解析及处理模块和求解变形镜控制矩阵模块，所述高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块连接、RX SLVS-EC协议解析模块与图像数据解析及处理模块连接、图像数据解析及处理模块与求解变形镜控制矩阵模块连接、求解变形镜控制矩阵模块通过VHDCI与变形镜连接、上位机通过千兆以太网口以及控制系统与FPGA模块连接，IIC寄存器配置模块与FPGA模块连接、供电模块与FPGA模块相连。
2.一种权利要求1所述基于FPGA的自适应光学闭环控制系统的控制方法，其特征在于：具体为：高速图像传感器芯片及其驱动电路通过FMC接口与RX SLVS-EC协议解析模块直接相连，通过8路并行的SLVS-EC数据流直接获取图像RAW数据流，经RX SLVS-EC协议解析模块接收后进行图像数据传输协议解析，数据解析完成后，送入图像数据解析与处理模块，对图像进行预处理，然后通过求解变形镜控制矩阵模块求解图像清晰度得到变形镜的控制电压信号矩阵，最后通过VHDCI控制变形镜形变；上位机通过以太网口抓取图像数据进行显示，同时可以通过系统控制对FPGA的IIC寄存器进行修改和配置；FPGA模块将高速传感器芯片获得的图像通过一系列处理进行清晰度解算得到变形镜需要变化的形状，最后获得高清的图像数据，FPGA模块通过对变形镜施加电压，改变成像光束的质量，对光路传输产生的光束波前畸变进行校正，提高相机图像的清晰度。
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