一种图像采集帧率自适应调整装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种图像采集帧率自适应调整装置，该装置包括相互通信的分光图像采集系统以及图像处理系统，其中分光图像采集系统主要包括第一传感器以及第二传感器，还包括用于将从镜头采集的携带图像信息的光束分成强度相同或相似的两束光束的分光元器件，第一传感器以及第二传感器(5)分别于第一FPGA处理器连接；图像处理系统包括用于与第一FPGA处理器通信的第二FPGA处理器，第二FPGA处理器通过SRIO芯片与多个并行DSP处理器连接；第二FPGA处理器还通过Intel板卡与外界交互式设备相连。按照本发明专利技术实现的图像采集帧率自适应调整装置，能够显著地提高图像采集处理的速度和能力，从而达到微秒级的超高速处理速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图像采集与处理领域，更具体地，涉及一种图像采集帧率自适应调整装置。
技术介绍
高速视觉系统在基础科学、军事应用、工业应用等领域具有越来越广泛的应用。随着对视觉系统高帧率、高精度、实时性的要求越来越高，依靠现有的提高读写速度来提高帧率的方法存在一系列缺陷：(1)图像采集系统帧率的提升总会存在提升上限，很难完全满足超高速测量要求；(2)帧率的提升也意味着更大的数据计算量，这也会使系统更难达到实时性要求；(3)对于在图像采集过程中，速度变化范围较大的运动物体，帧率的过高与过低都会对测量与处理结果产生影响。其中在高速视觉系统中应用的较多的一种技术是分光跨帧技术，其是一种利用多个光学成像单元按照特定时序要求采集多幅图片并将图片整合的技术。成像单元按照设定时间序列依次曝光采集图片，采集到的图片之间具有特定的时序关系，通过数字图像处理技术即可分析出相邻两张图片的运动特征关系。现有的图像采集系统一般都是基于一种开环控制的采集系统，即采集过程中采集帧率固定，这对于速度实时变化的运动测量具有一定
的局限性，即图像采集速度相对于物体运动速度过快或者过慢都会对测量结果造成一定影响：测量速度相对于物体和运动速度过快，会造成数据量过大且相邻图像对位移过小无法计算；测量速度相对于物体运动速度过慢，同一物体可能运动出测量区域，导致无法计算运动速度。因此，需要提出一种手段来解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种，其目的在于提供一种图像采集帧率自适应调整装置及方法，由此解决帧间间隔实时可调、图像数据实时化处理的特点的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种图像采集帧率自适应调整装置，其特征在于，该装置包括相互通信的分光图像采集系统以及图像处理系统；其中所述分光图像采集系统主要包括第一传感器以及第二传感器，还包括用于将从镜头采集的携带图像信息的光束分成强度相同或相似的两束光束的分光元器件，所述第一传感器以及第二传感器分别与第一FPGA处理器连接；所述图像处理系统包括用于与所述第一FPGA处理器通信的第二FPGA处理器，所述第二FPGA处理器通过SRIO芯片与多个并行DSP处理器连接；所述第二FPGA处理器还通过Intel板卡与外界交互式设备相连。进一步地，所述DSP处理器计算采样帧率的时间间隔之间的两张图像中的目标的运动位移，获得所述目标当前运动速度，并且估算下一采样帧率的时刻内所述目标的运动速度，从而根据所述运动速度计算所述下一采样帧率发送于所述第一FPGA处理器，控制所述两个传感器的按所述采样帧率分时曝光，由此实现所述图像采集帧率的自适应调整。进一步地，所述目标的下一采样帧率的运动速度的估计主要包括如下步骤：所述目标的在该估计运动速度下，在未调整的所述采样帧率下的运动位移使得所述目标不移出所述两个传感器的图像采集范围之外。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：提出了一种能够实现图像采集帧率自适应调整的整体系统，在这个系统中，采用设计好的计算处理框架来实现数据的处理，从而能够显著地提高图像采集处理的速度和能力，从而达到微秒级的超高速处理速度。附图说明图1是按照本专利技术实现的图像采集帧率自适应调整装置的架构图；图2是按照本专利技术实现的图像采集帧率自适应装置信号流与图像数据流；图3是按照本专利技术实现的图像采集帧率自适应装置的自适应调
整控制环路；图4是按照本专利技术实现的可扩展分布式处理器架构。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-滤光片，2-半透半反镜，3-反射镜，4-传感器1，5-传感器2具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。为了实现采集系统曝光时间的实时控制，需要对采集到的图片数据进行实时处理，然后根据计算得到的当前速度计算出下一时刻曝光时间间隔。基于图片实时处理结果对图片的实时采集进行控制就是本专利技术的主要解决的问题。图像处理速度的实时性就要求图像处理速度低于相邻两帧图片采集时间间隔，单纯使用PC(Personal Computer)的图像处理系统已经很难满足上述需求。而FPGA(Field Programmable Gate Array)的并行处理能力与流水线技术能够显著提高图像处理的速度。因此，使用FPGA作为嵌入式图像处理器能够很好地满足图像高速处理的要求。基于FPGA的图像处理是一种结合软件与硬件的应用，开发难度较
大，且FPGA对串行化程度较高的算法及其运算效率并没有显著提高。而采用基于多核架构的DSP作为系统协处理器，可以很好协调设计难度与处理速度的关系，并减小由于复杂算法对FPGA逻辑资源的浪费。处理器之间采用基于SRIO(Serial RapidIO)协议的分布式处理器架构进行通信。更具体地，采用高性能FPGA作为系统主处理器，两个多核DSP作为系统协处理器，采用SRIO数据交换芯片作为连接各个处理器包括FPGA及DSP的数据中心。基于分布式处理器架构的处理系统设计具有很好的处理器扩展能力，例如在DSP处理器的并行处理上经过简单的扩展即可实现数据的高速处理能力如图1所示，外界光束通过镜头的聚焦和滤光片1的滤波，投射到半透半反镜2上，半透半反镜2的透过率与反射率之比为50:50，此时，一束光分为光束A和光束B两束能量相同的光束。光束A直接聚焦到传感器1上，光束B投射到过一个全反射镜3生成光束C，光束C被聚焦到传感器2上，在光路设计中要保证投射到两个传感器1和2上的光束所经过的光路等长，因此在本装置中需要设计一个可多自由度微调的光学调整平台，调节误差要小于0.1像素误差。图像处理系统产生初始触发信号，并将初始触发信号通过高速传输接口发送到图像采集系统，图像采集系统控制两个传感器分时曝光，两个传感器开始分时进行图像采集，两传感器之间初始采集时间间隔为Δt1。采集到的具有Δt1时间间隔的两幅图像数据依次送到采集系统控制器FPGA1。FPGA1控制器对图像完成滤波和镜像矫正等预处理操作，两组图像数据通过高速低延迟传输协议Camera-link协议发送
到高速图像处理系统，Camera-link协议采用Full模式进行传输，最高传输速度达到7.8Gbps。高速图像处理系统接收到图像数据，并对图像数据进行预处理和处理操作，其中预处理算法等并行性较高且复杂度相对较低的算法主要由FPGA2完成，运动速度计算和速度预测算法等复杂度较高的算法由两个DSP处理器完成。FPGA2同时负责图像数据的分配功能，将图像数据分配成两组并行数据，然后将两组数据分别传输到两个并行多核DSP，FPGA与DSP之间基于SRIO的高速通信连接，可实现最高20Gbps的传输速率。在本实施方式中，复杂度较低的算法类别指的是高斯滤波、二值化等实现简单、运算量大、实时性高的处理算法，而复杂度较高的算法类别指的是光流法、递归算法等。DSP处理器根据数字图像分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像采集帧率自适应调整装置，其特征在于，该装置包括相互通信的分光图像采集系统以及图像处理系统；其中所述分光图像采集系统主要包括第一传感器(4)以及第二传感器(5)，还包括用于将从镜头采集的携带图像信息的光束分成强度相同或相似的两束光束的分光元器件，所述第一传感器(4)以及第二传感器(5)分别于第一FPGA处理器连接；所述图像处理系统包括用于与所述第一FPGA处理器通信的第二FPGA处理器，所述第二FPGA处理器通过SRIO芯片与多个并行DSP处理器连接；所述第二FPGA处理器还通过Intel板卡与外界交互式设备相连。

【技术特征摘要】
1.一种图像采集帧率自适应调整装置，其特征在于，该装置包括相互通信的分光图像采集系统以及图像处理系统；其中所述分光图像采集系统主要包括第一传感器(4)以及第二传感器(5)，还包括用于将从镜头采集的携带图像信息的光束分成强度相同或相似的两束光束的分光元器件，所述第一传感器(4)以及第二传感器(5)分别于第一FPGA处理器连接；所述图像处理系统包括用于与所述第一FPGA处理器通信的第二FPGA处理器，所述第二FPGA处理器通过SRIO芯片与多个并行DSP处理器连接；所述第二FPGA处理器还通过Intel板卡与外界交互式设备相连。2.如权利要求1所述的图像采集帧率自适应调整装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华，冯佳乐，欧阳振兴，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42