一種顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)和方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前市面上已有成熟的圖像處理技術(shù)。目前圖像處理芯片可以做到對(duì)高清圖像(典型分辨率為1920*1080，幀率為60fps)實(shí)時(shí)地編碼、解碼。然而現(xiàn)有軟硬件技術(shù)，對(duì)于同一級(jí)別分辨率但更高幀率的圖像的實(shí)時(shí)處理則存在不足。瞬時(shí)海量數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)和信息提取是主要面臨的問(wèn)題。
[0003]顆粒識(shí)別和數(shù)據(jù)傳輸是很多流體量測(cè)和目標(biāo)識(shí)別(如生物檢測(cè))的基礎(chǔ)。比如傳統(tǒng)的Piv(Particle Image Velocimetry)儀器圖像的采集和后期的數(shù)據(jù)處理、可視化是分開(kāi)的。這些傳統(tǒng)的顆粒識(shí)別雖然可以進(jìn)行高速攝像(大于200fps)，但是，由于數(shù)據(jù)量巨大，很難在線實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，從而存在潛在的局限，如儀器安裝不便、信息處理不及時(shí)等，尤其對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控帶來(lái)不便。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)和方法，從而容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控顆粒。
[0005]一種顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，包括:高速相機(jī)、圖像采集卡、FPGA、第一 DSP和第二DSP ；
[0006]所述高速相機(jī)用于拍攝原始顆粒圖像；
[0007]所述圖像采集卡用于從所述高速相機(jī)中采集得到所述原始顆粒圖像；
[0008]所述FPGA用于從所述圖像采集卡中獲取所述原始顆粒圖像，并對(duì)所述原始顆粒圖像進(jìn)行第一圖像處理，所述第一圖像處理包括對(duì)所述原始顆粒圖像進(jìn)行降噪并二值化，得到第一顆粒圖像，所述FPGA將所述第一顆粒圖像發(fā)送給所述第一 DSP ;
[0009]所述第一 DSP用于對(duì)所述第一顆粒圖像進(jìn)行第二圖像處理，得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第二圖像處理包括顆粒識(shí)別和跟蹤，所述第一顆粒信息包括每個(gè)顆粒的編號(hào)，每個(gè)顆粒邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，所述第一 DSP將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發(fā)送給所述第二 DSP ；
[0010]所述第二 DSP用于根據(jù)所述第一顆粒信息對(duì)所述第二顆粒圖像進(jìn)行第三圖像處理，得到第二顆粒信息，所述第二顆粒信息包括:顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度，所述第二 DSP將所述第二顆粒信息發(fā)送給所述FPGA。
[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述FPGA將所述第二顆粒信息存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器內(nèi)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括網(wǎng)絡(luò)模塊和遠(yuǎn)程控制主機(jī)，所述FPGA將所述第二顆粒信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述FPGA用于間隔一定時(shí)間將若干所述原始顆粒圖像在本地存儲(chǔ)器或者發(fā)送給所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)根據(jù)所述原始顆粒圖像的信息和第二顆粒信息進(jìn)行可視化展示。
[0015]一種顆粒圖像實(shí)時(shí)處理方法，包括如下步驟:
[0016]高速相機(jī)拍攝原始顆粒圖像；
[0017]圖像采集卡從所述高速相機(jī)中采集所述原始顆粒圖像；
[0018]FPGA從所述圖像采集卡中獲取所述顆粒圖像，并對(duì)所述顆粒圖像進(jìn)行第一圖像處理，得到第一顆粒圖像，所述FPGA將所述第一顆粒圖像發(fā)送給第一 DSP ;所述第一圖像處理包括對(duì)原始顆粒圖像進(jìn)行降噪并二值化；
[0019]所述第一 DSP對(duì)所述第一顆粒圖像進(jìn)行第二圖像處理，得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第二圖像處理包括顆粒識(shí)別和跟蹤，所述第一顆粒信息包括每個(gè)顆粒的編號(hào)，每個(gè)顆粒邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，所述第一 DSP將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發(fā)送給第二 DSP ；
[0020]所述第二 DSP根據(jù)所述第一顆粒信息對(duì)所述第二顆粒圖像進(jìn)行第三圖像處理，得到第二顆粒信息，所述第二顆粒信息包括:顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度，所述第二 DSP將所述第二顆粒信息發(fā)送給所述FPGA。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括如下步驟:
[0022]所述FPGA將所述第二顆粒信息存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器內(nèi)。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括如下步驟:
[0024]所述FPGA將所述第二顆粒信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊發(fā)送給遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，所述FPGA間隔一定時(shí)間將若干所述原始顆粒圖像在本地存儲(chǔ)器或者發(fā)送給所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)根據(jù)所述原始顆粒圖像的信息和第二顆粒信息進(jìn)行可視化展示。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:經(jīng)過(guò)本方案的處理后，得到的最終數(shù)據(jù)量能夠比高速相機(jī)采集到的圖像數(shù)據(jù)量降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，為原始圖像的1/100左右，數(shù)據(jù)量大大降低，使得系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸成為可能，并可由遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)一步歸檔、可視化。
[0028]該系統(tǒng)充分利用高速相機(jī)的性能又克服傳統(tǒng)顆粒識(shí)別(PIV等)儀器安裝布置的不便，再加上靈活的數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)方式，使得PIV技術(shù)能輕便、靈活地運(yùn)用于更廣泛領(lǐng)域。
[0029]整個(gè)圖像處理系統(tǒng)輸出的是提取后的關(guān)鍵信息(顆粒大小、形狀、位置、濃度、速度等)，可供后續(xù)深入分析及可視化表達(dá)。由于該系統(tǒng)功能完備，可以獨(dú)立安裝部署，在極端環(huán)境監(jiān)測(cè)(如海底、高空)和高清實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面有重大應(yīng)用價(jià)值。
[0030]本方案結(jié)合后端軟件還可以用于生物檢測(cè)等其它多種目的。
【【附圖說(shuō)明】】
[0031]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0032]以下對(duì)發(fā)明的較佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]如圖1所示，一種實(shí)施例的顆粒圖像實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，包括:高速相機(jī)、圖像采集卡、FPGA、第一 DSP、第二 DSP、網(wǎng)絡(luò)模塊和遠(yuǎn)程控制主機(jī)。
[0034]所述高速相機(jī)用于拍攝原始顆粒圖像，在一個(gè)實(shí)施例中，高速相機(jī)的拍攝速度為500fpso
[0035]所述圖像采集卡用于從所述高速相機(jī)中采集得到所述原始顆粒圖像。
[0036]所述FPGA用于從所述圖像采集卡中獲取所述原始顆粒圖像，并對(duì)所述原始顆粒圖像進(jìn)行第一圖像處理(預(yù)處理)，得到第一顆粒圖像，所述第一圖像處理包括對(duì)原始顆粒圖像進(jìn)行降噪并二值化，所述FPGA將所述第一顆粒圖像發(fā)送給所述第一 DSP，同時(shí)，F(xiàn)PGA可以間隔一定時(shí)間將若干所述原始顆粒圖像在本地存儲(chǔ)器或者發(fā)送給所述遠(yuǎn)程控制主機(jī)；
[0037]所述第一 DSP用于對(duì)所述第一顆粒圖像進(jìn)行第二圖像處理，得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第二圖像處理包括顆粒識(shí)別和跟蹤，所述第一 DSP將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發(fā)送給所述第二DSP。所述第一顆粒信息包括每個(gè)顆粒的編號(hào)，每個(gè)顆粒邊界點(diǎn)的坐標(biāo)。每個(gè)DSP可以具有多個(gè)核心，可以并行處理每幀顆粒圖像。
[0038]顆粒識(shí)別和跟蹤是比較成熟的技術(shù)，目前具有多種不同的算法，本實(shí)施例可以采用PIV算法進(jìn)行顆粒識(shí)別和跟蹤。
[0039]所述第二 DSP用于根據(jù)所述第一顆粒信息對(duì)所述第二顆粒圖像進(jìn)行第三圖像處理，得到第二顆粒信息，所述第二顆粒信息包括:顆粒