【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测系统及方法
[0001]本专利技术涉及高浓度纳米颗粒动态特性测量
,特别涉及一种基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的图像扩散波光谱技术的检测系统及方法。
技术介绍
[0002]随着纳米科技的日益进步和发展,高浓度纳米颗粒体系在制药、石油、化工、食品等多个领域的应用越来越宽泛,颗粒的流动性和稳定性等动态特性是表征纳米颗粒性能的重要参数,提升其测量精度对相关产品的质量、研发速度提升具有重要意义。在低浓度纳米颗粒测量中主要采用动态光散射法,但在高浓度纳米颗粒的测量过程中,动态光散射法测量颗粒粒度分布和动态特性时需要进行抽样稀释,会导致测量结果偏离标准粒径,难以准确测量。而基于高浓度纳米颗粒会发生多重光散射提出的图像扩散波光谱法,具有非接触性、操作便捷、可重复性高等优点。图像扩散波光谱法是通过摄像头获取高浓度纳米颗粒体系中经多重光散射产生的散斑图,再对其进行去相关分析以得到光强去相关函数,进一步分析获得颗粒的动态特性。
[0003]图像扩散波光谱法通过摄像头采集散斑图像进行处理的方法具有图像数据量大,处理速度要求高,灵活性强,实时性的特点。目前的基于CPU的图像处理平台存在体积大、成本高、运算慢的问题。基于GPU的图像处理平台存在功耗大的问题。基于ASIC的图像处理平台存在开发周期长、成本高、灵活性差的问题。基于DSP的图像处理平台对复杂算法的处理能力差。而基于FPGA的具有电路并行性、可编程性、实时性和体积小的特点,可以很好的适用于 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、获取散斑图像:应用CMOS摄像头采集激光经过高浓度纳米颗粒体系散射产生的散射光信息,采集的散斑图像经光电转换输出视频数据流传入FPGA;S2、视频格式灰度变换:输入FPGA的散斑图像视频数据经过串并转换输出RGB565格式数据,经格式转换输出YCbCr格式数据,输出Y通道像素点灰度值;S3、图像归一化处理:等待输入视频流的数据稳定后,在第一帧稳定的数据输入时同步作累加及平均处理以获得灰度图像一帧的平均值,并同时将第一帧数据存入SDRAM,再得到第一帧图像数据平均值后将存入的第一帧图像取出并与其作差得到归一化图像,对每一帧图像都进行归一化操作;S4、多帧间差分处理:将第一帧归一化后的图像数据存入SDRAM,并在去相关函数未饱和时,将后续输入的归一化图像对应位置的像素点与存入的第一帧归一化后的图像数据相减,得到第2至第n帧都减去第一帧的差分图;S5、相关性分析:将差分的结果再经过平方、除法、求和、累加和平均计算,获得去相关系数,在判断去相关函数饱和的情况下存下数值,并重复步骤S4处理,得到去相关系数并通过串口传入上位机,可进一步作出去相关曲线。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测方法,其特征在于,步骤S1中,采集到的散射光信息经CMOS摄像头光电转换及模数转换输出为8bit的数据,通过摄像头接口的数据信号线从FPGA写数据到摄像头图像信息相关的寄存器,配置输出为640*480,30fps的散斑图像数据流传入FPGA。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测方法,其特征在于,步骤S2中,CMOS摄像头输出的8bit数据,经串并转换拼接成一个16bit的RGB565数据,再根据RGB转YCbCr公式及浮点转定点操作来实现灰度变换,得到8bit的Y通道灰度值、8bit的Cb通道蓝色色度值和8bit的Cr红色色度值,取其中的Y通道灰度值作为图像归一化模块的输入数据。4.根据权利要求1所述的基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测方法,其特征在于,步骤S3中,实现传入的8bit的640*480大小的图像灰度数据减去本身像素点灰度值平均值的功能,降低环境光的变换所带来的影响;当数据稳定后的第一帧图像写入时,将一帧的图像灰度数据累加并寄存,同时将数据输入写FIFO1缓存,设定SDRAM的第一片地址空间,在达到SDRAM的突发读写长度时再写入这片空间,当第二帧图像到来时,将SDRAM第一片地址空间中存储的第一帧图像读出到读FIFO1缓存,再将其读出与寄存的平均值相减,完成每一帧的图像归一化处理,将归一化后的图像数据传入多帧间差分模块。5.根据权利要求1所述的基于FPGA的图像扩散波光谱技术的检测方法,其特征在于,步骤S3中,对每一帧图像都进行归一化操作,计算公式如(1)所示:其中,I0(x,y...
【专利技术属性】
技术研发人员:韩鹏,林意明,邱健,骆开庆,彭力,刘冬梅,陈淼,
申请(专利权)人:华南师范大学,
类型:发明
国别省市:
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