用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统及方法技术方案

本发明专利技术属于等离子体图像数据采集与处理技术领域，特别是一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统及方法，所述的系统包括总控、数据采集工控机、数据交换机、数据处理服务器和数据存储服务器；其中，所述的数据采集工控机、数据处理服务器、数据存储服务器上分别安装有一反射内存卡，各反射内存卡均通过光纤连接至所述数据交换机；各数据采集工控机采集的数据通过数据交换机共享至数据处理服务器进行处理，再将经由数据处理服务器处理完成后的数据通过数据交换机传输到所述数据存储服务器的本地内存中；本发明专利技术提供的系统性能稳定可靠，抗干扰能力强，实时性高；利用高速的数据共享网络，极大加快了研究人员并行处理分析数据的效率。

Image Acquisition and High Speed Processing Transmission System and Method for Tokamak

【技术实现步骤摘要】
用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统及方法
本专利技术属于等离子体图像数据采集与处理
，特别是一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统及方法。
技术介绍
托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的装置，这类装置的主要科学目标是实现装置的高参数稳态运行以及研究相关物理和工程问题。在实验过程中，由于等离子体在装置内部的高速旋转以及自身拥有的高能量，使得受到较弱约束的等离子体容易脱离磁约束，不受控制。当装置内部的等离子体不受约束，进行不规律的运动时，很容易直接碰撞到装置内表面，导致装置内表面严重受损甚至影响放电的进行。这就给等离子体放电实验的正常进行带来了严重的安全隐患。因此，必须实时监测等离子体在托卡马克装置的放电过程的状态，以便调节相关实验参数保证等离子体的长时间放电。目前，在托卡马克装置中应用广泛的装置内部状态图像实时监测系统都采用高速相机来获取放电过程中等离子体的高速运行状态。由于，托卡马克装置环形或球形的特殊物理结构以及每台相机的有限视场，使得一台相机无法获取装置内部的全部图像，所以必须采用至少三台相机才能获取整个装置内部空间图像，如图2所示。采用多台相机分别单独获取不同视角下的图像，如果不进行图像拼接等处理，空间图像的割裂现象不利于实验人员整体观测放电过程中装置内部的零件状态；此外，由于高速相机的超高帧率，使得存储的视频数据非常庞大，在利用以太网传输给其他服务器做后期实验数据分析时消耗的时间非常多；因此，必须搭建一套大视场图像采集与高速处理系统来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统，解决多台相机采集图像导致整体画面割裂以及数据传输速率低下的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统，包括：总控，用于发送触发信号；数据采集工控机；设有至少三个，各数据采集工控机通过网线连接至所述总控，用于接收所述总控发送的触发信号并采集所述托卡马克装置内部等离子体放电的视频数据；数据交换机；数据处理服务器，用于处理各数据采集工控机采集到的数据，并进行数学计算和物理分析；数据存储服务器，用于存储所述数据处理服务器得到的结果并供查看；其中，所述的数据采集工控机、数据处理服务器、数据存储服务器上分别安装有一反射内存卡，各反射内存卡均通过光纤连接至所述数据交换机；各数据采集工控机采集的数据通过数据交换机共享至数据处理服务器进行处理，再将经由数据处理服务器处理完成后的数据通过数据交换机传输到所述数据存储服务器的本地内存中。本专利技术还提供了一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输方法，包括以下步骤：(1)初始化所有反射内存卡以及数据交换机，清空缓存；(2)设置所有反射内存卡的工作模式为：循环发送数据、冗余传输模式；(3)各数据采集工控机均设置为等待接收所述总控发送触发的状态，等待时间为T1；(4)在一个时间周期T1内，各通过判断触发状态标志位的值V，进行相应的响应：当触发状态标志位的值V为0时，各数据采集工控机继续等待；当触发状态标志位的值V为1时，各数据采集工控机开始采集数据，并执行步骤(5)；(5)各数据采集工控机分别向各自的反射内存卡写入固定大小的数据量，同时，各数据采集工控机通过光纤将本地反射内存卡中的数据映射到所述的数据交换机中；(6)在一个时间周期T2内，所述数据处理服务器通过判断本地反射内存卡的第一中断标志位的值M1，进行相应的响应：当第一中断标志位的值M1为0时，所述数据处理服务器继续等待所述数据交换机映射各数据采集工控机采集的数据；当第一中断标志位的值M1为1时，所述数据处理服务器开始读取所述数据交换机指定位置的数据，并进行相应处理，处理结果同步映射到所述数据交换机，同时，所述数据处理服务器通过上位机软件显示处理完成的图像数据，并执行步骤(7)；(7)在一个时间周期T3内，所述数据存储服务器通过判断本地反射内存卡的第二中断标志位的值M2，进行相应的响应：当第二中断标志位的值M2为0时，所述数据存储服务器继续等待所述数据处理服务器处理数据；当第二中断标志位的值M2为1时，所述数据存储服务器通过本地反射内存卡和光纤读取所述数据交换机中处理之后的数据并存储在本地内存中；其中，所述的步骤(6)中，当所述数据交换机映射完指定大小的数据量后，所述第一中断标志位的值M1由0被置为1；步骤(7)中，当所述数据处理服务器处理完数据后，所述第二中断标志位的值M2由0被置为1。优选的，所述T1为6000s。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术提供的系统性能稳定可靠，抗干扰能力强，实时性高；2、利用高速的数据共享网络，极大加快了研究人员并行处理分析数据的效率；3、结合上位机软件，实现了托卡马克装置内部大视场范围的图像监测，对实验人员分析等离子体放电现象起到了很好的辅助作用。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。附图说明图1为本专利技术提供的一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统的示意图；图2为相机在托卡马克装置中的空间分布位置及视场示意图；图中标号说明：1-高速相机，2-光路。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本专利技术。结合图1所示，本专利技术提供了一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统，包括总控、数据采集工控机，数据交换机，数据处理服务器，数据存储服务器。总控用于发送触发信号；数据采集工控机设有至少三个，各数据采集工控机通过网线连接至所述总控，用于接收所述总控发送的触发信号并采集所述托卡马克装置内部等离子体放电的视频数据；数据交换机，用于存储反射内存卡传输的数据，迅速为各个节点的反射内存卡提供数据读取接口，实现数据的共享；数据处理服务器用于处理各数据采集工控机采集到的数据，并进行数学计算和物理分析；数据存储服务器用于存储所述数据处理服务器得到的结果并供查看；其中，所述的数据采集工控机、数据处理服务器、数据存储服务器上分别安装有一反射内存卡，各反射内存卡均通过光纤连接至所述数据交换机；各数据采集工控机采集的数据通过数据交换机共享至数据处理服务器进行处理，再将经由数据处理服务器处理完成后的数据通过数据交换机传输到所述数据存储服务器的本地内存中。本专利技术提供的该系统能实现的大视场图像视角最大为360°，当采集的图像分辨率为800×600，大小为1.8MB时，利用反射内存卡提供不低于100MB/s的数据传输速度。本专利技术提供的图像采集与高速处理传输系统可用于托卡马克装置内部的整个环向视场图像以及实现数据的快速处理和传输。一般的，由于托卡马克装置环形或球形的特殊内部结构，使得一台相机无法获取装置内部的全部图像，所以必须采用至少三台相机才能获取完整的装置内部空间图像，具体的，可根据托卡马克装置的窗口位置和数量增加相机数量，不同的托卡马克装置仅需根据装置结构特点和相机摆放位置确定需要的相机数量。以下，仅利用三台相机对本专利技术进行详细的说明。本专利技术中，通过基于改进的sift图像匹配算法的图像拼接技术和高性能数据处理服务器实现装置内部大视场的等离子体放电图像快速拼接以及通过反射内存网络实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统，其特征在于，包括：总控，用于发送触发信号；数据采集工控机；设有至少三个，各数据采集工控机通过网线连接至所述总控，用于接收所述总控发送的触发信号并采集所述托卡马克装置内部等离子体放电的视频数据；数据交换机；数据处理服务器，用于处理各数据采集工控机采集到的数据，并进行数学计算和物理分析；数据存储服务器，用于存储所述数据处理服务器得到的结果并供查看；其中，所述的数据采集工控机、数据处理服务器、数据存储服务器上分别安装有一反射内存卡，各反射内存卡均通过光纤连接至所述数据交换机；各数据采集工控机采集的数据通过数据交换机共享至数据处理服务器进行处理，再将经由数据处理服务器处理完成后的数据通过数据交换机传输到所述数据存储服务器的本地内存中。

【技术特征摘要】
1.一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统，其特征在于，包括：总控，用于发送触发信号；数据采集工控机；设有至少三个，各数据采集工控机通过网线连接至所述总控，用于接收所述总控发送的触发信号并采集所述托卡马克装置内部等离子体放电的视频数据；数据交换机；数据处理服务器，用于处理各数据采集工控机采集到的数据，并进行数学计算和物理分析；数据存储服务器，用于存储所述数据处理服务器得到的结果并供查看；其中，所述的数据采集工控机、数据处理服务器、数据存储服务器上分别安装有一反射内存卡，各反射内存卡均通过光纤连接至所述数据交换机；各数据采集工控机采集的数据通过数据交换机共享至数据处理服务器进行处理，再将经由数据处理服务器处理完成后的数据通过数据交换机传输到所述数据存储服务器的本地内存中。2.一种用于托卡马克的图像采集与高速处理传输方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的用于托卡马克的图像采集与高速处理传输系统。3.根据权利要求2所述的用于托卡马克的图像采集与高速处理传输方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初始化所有反射内存卡以及数据交换机，清空缓存；(2)设置所有反射内存卡的工作模式为：循环发送数据、冗余传输模式；(3)各数据采集工控机均设置为等待接收所述总控发送触发的状态，等待时间为T1；(4)在一个时间周期T1内，各通过判断触发状态标志位的值V，进行相应的响应：当触发状态标志位的值V为0时，各数据采集工控机继续等待；当触发状态标志位的值V...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒双宝，刘超，邢陈瑶，李鑫，张育中，郎贤礼，陈晶晶，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34