一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法
【專利摘要】一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其特點(diǎn)如下：基于圖像傳感器獲得圖像數(shù)據(jù)，控制和圖像運(yùn)算單元在進(jìn)行圖像整理同時(shí)完成波前斜率計(jì)算。本發(fā)明基于圖像傳感器設(shè)計(jì)圖像采集系統(tǒng)，圖像傳感器所有可控工作參數(shù)均可自由設(shè)定，該發(fā)明方法讓圖像采集模塊分擔(dān)波前斜率計(jì)算任務(wù)，減輕了波前處理機(jī)負(fù)擔(dān)，有利于波前處理機(jī)縮短處理延時(shí)，該方法相比于圖像采集和波前斜率計(jì)算分開的波前處理方式，有利于處理機(jī)的小型化設(shè)計(jì)。
【專利說明】一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像采集和波前斜率計(jì)算方法，尤其是將圖像采集和波前處理機(jī)中波前斜率計(jì)算集成的方法，適用于自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)波前處理。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)探測和校正動(dòng)態(tài)波前誤差，使目標(biāo)成像穩(wěn)定、清晰。對(duì)于擾動(dòng)頻率較高的波前校正中，要求自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)具有較高的控制帶寬，為此提高自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的采樣頻率和運(yùn)算速度非常重要。當(dāng)系統(tǒng)采樣頻率確定的時(shí)候，縮短波前處理機(jī)的運(yùn)算延時(shí)將直接影響到系統(tǒng)控制帶寬。為此，人們?cè)诓ㄇ疤幚頇C(jī)硬件結(jié)構(gòu)和計(jì)算流程上都有研究，1998年王春紅、李梅等利用多核DSP實(shí)現(xiàn)2900Hz的高速實(shí)時(shí)波前處理機(jī)，處理機(jī)采集CCD相機(jī)圖像、進(jìn)行波前斜率計(jì)算、波前復(fù)原運(yùn)算，最終輸出控制模擬信號(hào)(見于王春紅、李梅、李安娜，幀頻2900Hz的高速實(shí)時(shí)波前處理機(jī)，光電工程，1998年第25卷第6期，25-28) ;2003年Gdran B.Scharmer等介紹了瑞典太陽望遠(yuǎn)鏡自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，其中哈特曼波前傳感器采用成品CCD相機(jī)，波前處理運(yùn)算和圖像采集分別由不同模塊進(jìn)行(見于Gdran B.Scharmer，Peter Dettori，Adaptive optics system for the new Swedishsolar telescope, Proc.0f SPIE Vol.4853，370-380) ;2004 年 Kit Richards 等介紹了他們?yōu)楣芈ㄇ皞鞲衅髦谱鞯脱訒r(shí)相機(jī)。相機(jī)通過高速接口將圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳出，波前處理機(jī)從相機(jī)采集圖像后開始波前處理運(yùn)算(見于Kit Richards, Thomas Rimmele,Reuben Hill, High speed low latency solar adaptive optics camera, Proc.0f SPIEVol.5171,316-325) ;2010年Alastair Basden等提出一種基于CPU的處理機(jī)控制方案，處理機(jī)從采集CCD相機(jī)圖像開始，進(jìn)行波前斜率計(jì)算、波前復(fù)原和波前控制的運(yùn)算(見于Alastair Basden,Deli Geng,Richard Myers, et al.,Durham adaptive optics real-timecontroller, APPLIED OPTICS, Vol.49, N0.32/10November2010，6354-6363)。這些自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)都有一個(gè)共同點(diǎn):相機(jī)的任務(wù)只包含從圖像傳感器獲得原始數(shù)據(jù)，再整理成圖像，所有與波前處理相關(guān)的運(yùn)算由處理機(jī)完成。圖像采集系統(tǒng)不參與波前處理運(yùn)算導(dǎo)致處理機(jī)任務(wù)較重，這種圖像采集和波前處理分離的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致系統(tǒng)不夠小型化。因此提出一種能夠分擔(dān)波前處理機(jī)處理任務(wù)，結(jié)構(gòu)上將圖像采集和波前處理集成的方法是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有波前處理機(jī)系統(tǒng)從相機(jī)獲得圖像數(shù)據(jù)之后，再開始波前處理的方法中處理機(jī)任務(wù)過重、相機(jī)和處理機(jī)分離使系統(tǒng)不夠小型化、圖像采集參數(shù)控制不夠靈活的問題，提出一種從基于圖像傳感器，將圖像采集和波前斜率計(jì)算集成的方法，讓相機(jī)分擔(dān)處理機(jī)波前斜率計(jì)算任務(wù)，利于處理機(jī)結(jié)構(gòu)小型化。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其步驟如下:
[0005](I)圖像傳感器采集波前圖像信息后傳送給控制和運(yùn)算單元，其中圖像傳感器為CXD或CMOS圖像傳感器，控制和運(yùn)算單元包括FPGA、CPLD, DSP ；[0006](2)控制和運(yùn)算單元接收?qǐng)D像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后同時(shí)開始三個(gè)方面的處理工作:像素順序調(diào)整、波前斜率計(jì)算和數(shù)據(jù)格式整理；
[0007](3)波前斜率計(jì)算的結(jié)果和順序調(diào)整后的像素?cái)?shù)據(jù)按照處理機(jī)需要的輸出數(shù)據(jù)格式進(jìn)行格式調(diào)整后輸出至處理機(jī)。
[0008]所述步驟(1)中需要明確圖像傳感器輸出數(shù)據(jù)格式，包括數(shù)據(jù)位寬和像素順序，部分圖像傳感器需要控制和運(yùn)算單元對(duì)圖像傳感器參數(shù)進(jìn)行配置；
[0009]所述步驟⑵中像素順序整理為:通過使用控制運(yùn)算單元中緩存模塊和控制各緩存模塊的讀寫時(shí)序，將圖像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)按照輸出圖像需求進(jìn)行像素順序調(diào)整；
[0010]所述步驟(2)中波前斜率計(jì)算為:在使用哈特曼波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，先用標(biāo)準(zhǔn)的平行光照射透鏡陣列，測出每一個(gè)子孔徑對(duì)應(yīng)的光斑質(zhì)心坐標(biāo)，作為參考基
準(zhǔn)，有畸變波前入射后，子孔徑光斑會(huì)出現(xiàn)漂移，通過測量漂移量，運(yùn)用表達(dá)式
【權(quán)利要求】
1.一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其特征在于步驟如下: (1)圖像傳感器采集波前圖像信息后傳送給控制和運(yùn)算單元，其中圖像傳感器為CCD或CMOS圖像傳感器，控制和運(yùn)算單元包括FPGA、CPLD, DSP ； (2)控制和運(yùn)算單元接收?qǐng)D像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)后同時(shí)開始三個(gè)方面的處理工作:像素順序調(diào)整、波前斜率計(jì)算和數(shù)據(jù)格式整理； (3)波前斜率計(jì)算的結(jié)果和順序調(diào)整后的像素?cái)?shù)據(jù)按照處理機(jī)需要的輸出數(shù)據(jù)格式進(jìn)行格式調(diào)整后輸出至處理機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其特征在于: 所述步驟(1)中需要明 確圖像傳感器輸出數(shù)據(jù)格式，包括數(shù)據(jù)位寬和像素順序，部分圖像傳感器需要控制和運(yùn)算單元對(duì)圖像傳感器參數(shù)進(jìn)行配置； 所述步驟(2)中像素順序整理為:通過使用控制運(yùn)算單元中緩存模塊和控制各緩存模塊的讀寫時(shí)序，將圖像傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)按照輸出圖像需求進(jìn)行像素順序調(diào)整； 所述步驟(2)中波前斜率計(jì)算為:在使用哈特曼波前傳感器的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)中，先用標(biāo)準(zhǔn)的平行光照射透鏡陣列，測出每一個(gè)子孔徑對(duì)應(yīng)的光斑質(zhì)心坐標(biāo)，作為參考基準(zhǔn)，有畸變波前入射后，子孔徑光斑會(huì)出現(xiàn)漂移，通過測量漂移量，運(yùn)用表達(dá)式夂=^GXx和1=|化計(jì)算子孔徑范圍內(nèi)兩個(gè)方向上的平均斜率，其中f為微透鏡焦距，(Gx，Gy)為SiT Sj=" W..XX波前平均斜率，λ為中心波長，(Xx，Yy)為質(zhì)心坐標(biāo)，通過表達(dá)式Y(jié) =,和







zjI=O 2jJ=O Vyij計(jì)算光斑質(zhì)心，其中Wij是坐標(biāo)(i，j)處的光強(qiáng)值，(XiJj)是像素位置
氣=0 ^j=O W ij坐標(biāo)，m, η為子孔徑靶面包含像素行列數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中數(shù)據(jù)格式整理指的是根據(jù)后級(jí)的處理機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)和斜率數(shù)據(jù)需求特點(diǎn)調(diào)整輸出圖像數(shù)據(jù)和斜率計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)輸出形式，包括比特位分配和時(shí)序關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成圖像采集和波前斜率計(jì)算的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中像素順序調(diào)整和波前斜率計(jì)算同時(shí)進(jìn)行，像素順序調(diào)整時(shí)，利用像素點(diǎn)的位置和像素值信息進(jìn)行波前斜率計(jì)算；最后根據(jù)后級(jí)需求將斜率計(jì)算結(jié)果和圖像數(shù)據(jù)調(diào)整成需要格式輸出。
【文檔編號(hào)】H04N5/232GK103973981SQ201410187265
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】趙恩毅, 陳善球, 楊平, 許冰, 董理治, 晏虎, 何星 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所