基于FPGA的差分动态显微图像处理方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于FPGA的差分动态显微图像处理方法，在FPGA片内的存储器配置第一写缓存区和第一读缓存区，在FPGA片外的第一存储器配置第一地址空间；获取显微图像信息并转换为灰度图像数据流；将灰度图像数据流中的第一帧灰度图像数据存储于第一写缓存区，将第一写缓存区的第一帧灰度图像数据写入第一地址空间；当接收到新的一帧灰度图像数据的第一个像素数据时，读出所述第一地址空间的第一帧灰度图像数据存储于第一读缓存区；从第一读缓存区读取第一帧灰度图像数据，并与新的一帧灰度图像数据进行帧间差分计算，得到新的一帧时刻的差分图像数据；对差分图像数据进行二维傅里叶变换，得到傅里叶频谱图像数据，傅里叶频谱图像数据为结果图像信息。像数据为结果图像信息。像数据为结果图像信息。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的差分动态显微图像处理方法、装置及系统


[0001]本专利技术涉及颗粒显微图像处理
，尤其是涉及一种基于FPGA的差分动态显微图像处理方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]近年来，我国纳米相关技术飞速发展，针对纳米颗粒性质的研究也迎来越来越多研究者的青睐。其中，纳米颗粒的粒径和运动特性对提高纳米颗粒性质的了解具有重要意义。近年来，研究者们结合光散射技术和显微技术的基本原理，提出一种研究纳米颗粒等物质的新工具———数字傅里叶显微技术。该技术在实空间中获取样品的显微图像，并在倒空间中对图像进行傅里叶分析，从而得到样品的信息。差分动态显微(DDM)技术是数字傅里叶显微技术的一种，通过显微图像光强在时域和空域的变化重构出动态散射模式，从而得到样品的动态信息。然而，该方法涉及到对散射光图像的处理具有图像数据量大和高实时性等特点，现有的基于CPU的图像处理系统虽然通用性强，容易开发，但是存在体积较大，运算速度慢，成本高的问题；基于GPU的图像处理系统存在功耗较高的缺点；基于DSP的图像处理系统处理能力有限，难以完成复杂的算法。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的差分动态显微图像处理方法，其特征在于，包括步骤：在所述FPGA片内的存储器配置第一写缓存区和第一读缓存区，在FPGA片外的第一存储器配置第一地址空间；获取显微图像信息，将所述显微图像信息转换为灰度图像数据流；将所述灰度图像数据流中的第一帧所述灰度图像数据存储于所述第一写缓存区，将所述第一写缓存区的所述第一帧灰度图像数据写入所述第一地址空间；当接收到新的一帧所述灰度图像数据的第一个像素数据时，读出所述第一地址空间中的所述第一帧灰度图像数据并存储于所述第一读缓存区；从所述第一读缓存区读取所述第一帧灰度图像数据，并与所述新的一帧灰度图像数据进行帧间差分计算，得到新的一帧时刻的差分图像数据；对所述差分图像数据进行二维傅里叶变换，得到对应的傅里叶频谱图像数据，确定所述傅里叶频谱图像数据为结果图像信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一写缓存区的所述第一帧灰度图像数据写入所述第一地址空间，包括步骤：当所述第一写缓存区的所述灰度图像数据的数据量达到预设的突发读写长度时，突发将所述第一写缓存区中突发读写长度的所述灰度图像数据写入所述第一地址空间，直至将第一帧所述灰度图像数据全部写入所述第一地址空间。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的方法，其特征在于，包括步骤：在所述FPGA片内的存储器配置第二写缓存区、第二读缓存区、地址缓存区和帧ID缓存区，在FPGA片外的第二存储器配置多个图像缓存空间；对所述差分图像数据进行二维傅里叶变换，得到对应的傅里叶频谱图像数据，包括步骤：对所述差分图像数据进行列方向或行方向的一维傅里叶变换，得到中间结果矩阵数据；根据所述中间结果矩阵数据的帧时刻生成帧ID并存储于所述帧ID缓存区，根据所述中间结果矩阵数据的帧时刻生成中间缓存地址，将所述中间结果矩阵数据和对应的中间缓存地址存储于所述第二写缓存区，根据所述第二写缓存区中的中间缓存地址将所述第二写缓存区中的中间结果矩阵数据写入对应的所述图像缓存空间；根据所述帧ID缓存区中的所述帧ID生成对应的中间缓存地址，将所述中间缓存地址存储于所述地址缓存区，根据所述地址缓存区中的所述中间缓存地址读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据并存储于所述第二读缓存区；对所述第二读缓存区中的中间结果矩阵数据进行另一方向的一维傅里叶变换，得到二维变换结果数据；计算所述二维变换结果数据的绝对值的幅值的平方，并确定为傅里叶频谱图像数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述中间结果矩阵数据和对应的中间缓存地址存储于所述第二写缓存区的同时，还包括步骤：对所述第二写缓存区所存储的中间结果矩阵或中间缓存地址进行计数，当计数达到一预设值时，开始根据所述第二写缓存区中的中间缓存地址将所述第二写缓存区中的中间结果矩阵数据写入对应的所述图像缓存空间；
将所述第二写缓存区中的中间结果矩阵数据写入对应的所述图像缓存空间的同时，还包括步骤：对写入所述图像缓存空间的中间结果矩阵数据进行计数，当计数达到一预设值时，停止将所述第二写缓存区中的中间结果矩阵数据写入对应的所述图像缓存空间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述中间缓存地址存储于所述地址缓存区的同时，还包括步骤：对所述地址缓存区存储的所述中间缓存地址进行计数，当计数超过一预设值且所述第二读缓存区的存储空间未满时，开始根据所述地址缓存区中的所述中间缓存地址读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据；读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据并存储于所述第二读缓存区的同时，还包括步骤：对读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据计数，当计数达到一预设值时，停止读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据；对所述第二写缓存区所存储的所述中间结果矩阵或所述中间缓存地址进行计数，若计数达到一预设值时，停止读出对应的所述图像缓存空间中的中间结果矩阵数据。6.一种基于FPGA的差分动态显微图像处理装置，其特征在于，包括：存储空间配置单元，用于在所述FPGA片内的存储器配置第一写缓存区和第一读缓存区，在FPGA片外的第一存储器配置第一地址空间；图像转换单元，用于获取显微图像信息，将所述显微图像信息转换为灰度图像数据流；帧间差分单元，包括第一写控制模块、第一读控制模块和差分计算模块，所述第一写控制模块用于将所述灰度图像数据流中的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩鹏，曾浩雄，林意明，罗祖妮，邱健，骆开庆，彭力，刘冬梅，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：