[发明专利]一种基于FPGA的幸运成像处理系统

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的幸运成像处理系统，属于图像处理技术领域。本发明包括SD卡图像存储单元、FPGA处理与控制单元、DDR3存储单元、显示驱动单元；SD卡图像存储单元，用于向FPGA提供图像像素数据；FPGA处理与控制单元，用于实现系统的全部图像处理与控制功能，然后再将所得高分辨率图像通过VGA接口的液晶显示器或阴极射线显像管CRT显示器显示出来；DDR3存储单元，用于缓存从SD卡中读出的全部图像像素的数据；显示驱动单元，用于驱动图像信号输出并显示最终的重建高分辨率图像。本发明的系统处理速度比在传统CPU上的处理速度快20多倍，为幸运成像技术的实时化提供了一个有效的途径。

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的幸运成像处理系统，属于图像处理技术领域。

背景技术

大气湍流是大气的一种随机运动，使得大气的光学折射率分布不均，导致光波通过大气传输之后，波前发生畸变。正是由于大气湍流的存在，才使得地基成像系统的分辨率和成像质量受到很大限制。为了消除大气湍流对成像系统的影响，最常见的方法是自适应光学（Adaptive Optics，AO）技术。该技术是指在望远镜上加装自适应光学系统，以测量由大气湍流造成的波前畸变并对其进行实时校正，以实现接近望远镜衍射极限的成像能力。但该技术的主要缺点是系统的过于复杂性、设备极其昂贵，应用面较窄。因此一种既简单又成本低廉的技术即幸运成像技术应运而生。

幸运成像技术是在一系列短曝光图像中选出少量高质量的图像，然后对这些图像进行配准和叠加的事后处理技术。这种事后处理技术的缺陷是必须在对选定天文目标观测完成之后再对所得图像进行处理，这就使得天文学家无法知道关于所拍摄图像的实时信息，以至于不能及时发现观测过程中可能出现的问题，并做出快速决策。解决这一问题的办法是改进算法，增加硬件的处理能力，将幸运成像技术实时或准实时化。相较于传统的CPU串行处理方式而言，FPGA具有高并行性和灵活性，还能提供强大的并行计算能力和内存带宽，当前使用FPGA进行高速视频图像处理是图像处理领域的一个研究热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有基于通用CPU及软件的幸运成像技术的不足，提出了一种幸运成像的硬件处理系统。该系统实现了幸运成像算法的全部功能，在一定程度上克服了传统CPU+MATLAB的幸运成像算法处理速度过慢的缺点，为幸运成像技术的实时化实现提供了一个有效的途径。

本发明针对传统CPU+MATLAB的幸运成像算法处理速度过慢的缺点，在以Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX16芯片为核心的开发板上搭建了一个完整的幸运成像系统。

本发明技术方案是：一种基于FPGA的幸运成像处理系统，包括SD卡图像存储单元、FPGA处理与控制单元、DDR3存储单元、显示驱动单元；

所述SD卡图像存储单元，用于向FPGA提供图像像素数据；它由SPI接口和标准SD卡组成；

所述FPGA处理与控制单元，用于将外部SD卡图像存储单元中的图像像素数据读入并进行处理，从而得到重建的高分辨率图像，然后再将所得高分辨率图像通过VGA接口的液晶显示器或阴极射线显像管CRT显示器显示出来；

所述DDR3存储单元，用于缓存从SD卡中读出的全部图像像素的数据；

所述显示驱动单元，用于驱动图像信号输出并显示最终的重建高分辨率图像。

所述FPGA处理与控制单元内部集成了SD卡图像数据读写模块、DDR3图像数据读写模块、幸运成像算法处理模块以及图像显示模块；

所述SD卡图像数据读写模块用于将存储在SD卡中的图像读入到FPGA中，它包括SD卡初始化模块以及SD卡读数据模块；