[实用新型]现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心检测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光电成像跟踪技术领域，涉及现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心检测装置。

背景技术

在空间激光通信系统中，通信双方的信标激光需要首先将对方方位捕获，然后精确对准对方光端机，再使用通信激光进行通信，并且在通信的过程中始终保持信标光向对方的精确对准。这个过程即称为捕获(Acquisition)、对准(Pointing)、跟踪(Tracking)，简称APT。(参考文献：《自由空间光通信ATP系统关键技术研究》，作者邵兵等，刊物《压电与声光》)。

图1是APT装置的结构示意图。由粗跟踪相机单元11、精跟踪相机单元12、图像处理设备单元13，两轴伺服转台单元14构成。

粗跟踪相机单元11将图像输出给图像处理设备单元13。图像处理设备单元13实际上是计算光斑质心的装置，其为工控计算机(PC机)、嵌入式微小计算机(PC104机)、ARM嵌入式图像处理系统或DSP嵌入式图像处理系统。

其中，DSP嵌入式图像处理系统是相对而言各项性能指标较为理想的一种图像处理装置。图2是APT装置的DSP嵌入式图像处理系统结构示意图。由图像输入单元21、数字信号处理器(DSP)单元22、DSP辅助器件单元23、图像输出单元24和质心数据输出单元25组成。(参考文献：博士论文《嵌入式彩色电视跟踪系统的设计和实现》，作者顾海军，中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)但是，数字信号处理器(DSP)单元22与图像处理设备单元13的其它装置一样，存在着运算度低、体积大、功耗高、器件数量众多等问题。

发明内容

为了克服APT装置的DSP嵌入式图像处理系统存在运算速度低、体积大、功耗高、器件数量众多等问题，本实用新型提供一种基于现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心的检测装置。

根据现场可编程逻辑阵列的制造原理可知，该图像处理计算方式是基于纯硬件数字电路基础上的，所以具有实时高速、体积小、功耗低、多线程等优点。

如图3所示，本实用新型的基于现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心检测装置的组成有图像输入单元21，图像输出单元24、质心数据输出单元25，还有现场可编程逻辑阵列单元31、现场可编程逻辑阵列辅助器件单元32；所述的现场可编程逻辑阵列单元31分别与图像输入单元21，图像输出单元24、质心数据输出单元25，现场可编程逻辑阵列辅助器件单元32连接。

使用时，本实用新型的一种基于现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心检测装置与APT装置的粗跟踪相机单元11、精跟踪相机单元12和两轴伺服转台单元14连接；

本实用新型的一种基于现场可编程逻辑阵列的实时计算光斑质心检测装置的动态工作过程如下：由粗跟踪相机单元11或精跟踪相机单元12传送出的数字图像信号，经过图像输入单元21转换成并行数字信号后进入现场可编程逻辑阵列单元31中进行处理。使用硬件描述语言(VHDL、Verylog、AHDL皆可)编制软件，并将该软件编译后下载至现场可编程逻辑阵列单元31中，该软件完成如下技术功能：

a)改变输入信号的时序，存入FIFO中缓冲；

b)对输入的数字图像进行初始化处理，去除无用信号，提高信躁比，获得更易识别的光斑图像；

c)对所有像素灰度进行判别，识别光斑所占像素，获得光斑形状信息；

d)对光斑所占像元进行解算，获得质心坐标数据；

e)将质心坐标数据通过质心数据输出单元25传送给两轴伺服转台14；

f)适当选择某些连续图像通过图象输出单元24输出给其它设备，其它监视设备可以为VGA显示器、PAL/NTSC监视器，用来进行人工监视及其它用途处理。

进入现场可编程逻辑阵列单元31的数字图像是需要实时处理的图像信息，对该数字图像进行简化抽帧处理后可以通过图像输出单元24传送给其它监视设备，图像输出单元24可以为Camera Link接口方式、VGA接口方式、LVDS差分输出、1394接口方式、USB接口方式、串行输出方式、LVTTL并行输出方式、PAL制式或NTSC制式。其它监视设备可以为VGA显示器、PAL/NTSC监视器，用来进行人工监视及其它用途处理。输出方式可选择数字信号输出或模拟信号输出。