一种基于制造技术

一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA测量大气相干长度廓线的系统和方法


[0001]本专利技术属于大气相干长度廓线测量的
，尤其涉及一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统和方法
。

技术介绍

[0002]当激光在大气中传输时，由大气湍流引起的折射率随机起伏破坏了激光光束的相干性，导致激光发生光强起伏
、
光束漂移
、
光束扩展和到达角起伏等现象，使得激光光束质量下降
。
探测大气相干长度是研究湍流大气对激光传输影响的一个必不可少的环节
。
[0003]传统的大气相干长度测量激光雷达数据反演方法，利用
CCD
相机获取光斑图像集合后，将其直接传输存储在工控主机中进行大气相干长度的反演
。
由于
CCD
相机所获单张图像数据量较大
、
传输存储速度慢，同时由于工控主机是
CPU
的串行处理，其计算效率低且数据处理能力差，进行大气相干长度的反演需要较长运算时间，无法实现实时的大气相干长度反演<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统，其特征在于，包括：图像采集单元，其用于控制
ICCD
相机进行曝光采集不同高度的光斑图像；
FPGA
图像处理反演单元，其用于对图像采集单元输出的图像进行图像缓存
、
预处理
、
图像质心坐标计算和对应质心坐标下的大气相干长度计算，并发送到大气相干长度廓线绘制显示单元中显示大气相干长度廓线
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统，其特征在于，所述图像采集单元包括采集模块和控制模块；所述采集模块用于使用
ICCD
相机采集图像；所述控制模块用于向采集模块发出时序控制指令，用于控制采集模块采集不同高度的光斑图像
。3.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统，其特征在于，所述
FPGA
图像处理反演单元包括依次连接的：图像缓存模块，用于控制缓存芯片存储图像采集模块所获得的原始图像数据；图像预处理模块，用于将输入的图片进行裁剪
、
灰度化
、
去噪和边缘提取，减少光斑图像的数据量；图像预处理模块包括依次设置的图像裁剪灰度化子模块
、
去噪子模块
、
边缘提取子模块，所述图像裁剪灰度化子模块用于直接利用计数器改变图像的行
、
列大小；图像质心坐标计算模块，用于计算经过图像预处理模块处理后的图像的质心坐标；使用重心法计算得出第一光斑质心坐标，采用图像边缘进行椭圆拟合，椭圆中心为第二光斑质心坐标；将第一光斑质心坐标和第二光斑质心坐标求和平均得图像质心坐标；质心坐标反演大气相干长度模块，用于根据不同高度的光斑图像获得不同的图像质心坐标后反演大气相干长度
。4.
根据权利要求1所述的一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统，其特征在于，系统还包括大气相干长度廓线绘制显示单元，用于获得
FPGA
图像处理反演单元的质心坐标对应的反演大气相干长度，绘制显示大气相干长度廓线；所述大气相干长度廓线绘制显示单元位于工控机中
。5.
一种使用权利要求1‑4任意一项所述的一种基于
FPGA
测量大气相干长度廓线的系统的方法，其特征在于，包括：图像采集单元采集不同高度的光斑图像；采集一张即刻传输一张至
FPGA
图像处理反演单元进行图像缓存，图像预处理
、
图像质心坐标计算，得到图像的质心位置坐标，获得当前探测高度的若干张光斑图像的质心位置坐标后，计算质心抖动方差，然后反演当前高度的大气相干长度；获得不同高度的大气相干长度，绘制大气相干长度廓线
。6.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图像预处理，包括：通过图像裁剪灰度化子模块将采集图像进行裁剪和降低裁剪后的图像中每一个像素的位数；利用去噪子模块对图像进行去噪；利用图像边缘提取子模块对已经去噪后的图像实现边缘定位
。7.
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用去噪子模块对图像进行去噪，包括：
利用去噪子模块的中值滤波滤除灰度图像中的椒盐状噪声，具体公式如下；
g(x
，
y)
＝
med{f(x
‑
k
，
y
‑
l)
，
(k
，
l∈W)}
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
其中
f(x
，
y)
为原图像，
W
为含有奇数个点的滑动二维模板，利用
k
，
l
在模板内计数，将该模板在图像上扫描，并将模版内所含像素点按灰度值升序或降序排列，
med
取其中值，获得
g(x
，
y)
为中值滤波后图像，根据大气相干长度测量激光雷达的光斑图像噪声特征，选用
M
×
N
的矩形模版，具体实现步骤如下：利用
Xilinx IP
核
RAM
‑
base Shift Register
缓存
M
‑1行数据，保证同时存在
M
行1列数据，随后采用寄存器将每一行都存储
N
个数据，从而形成
M
×
N
的矩形形模版所读取的
MN
个数据，即
M
行数据分别为
L1
，
L2
……
和
LN
；对
L1，
L2……
和
L
M
进行行内数据排序得到每行的最大值
、
中值和最小值，分别记为
L1
max
，
L1
mid
，
L1
min
；
L2
max
，
L2
mid
，
L2
min
；
……
LM
max
，
LM
mid
，
LM
min
；对
L1
max
，
L2
max
，
……
LM
max
排序得其最小值为
Lmax
‑
min
，对
L1
mid
，
L2
mid
，
……
LM
mid
排序得其中值为
Lmid
‑
mid
，对<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晨波，周慧，邢昆明，胡雅琳，王邦新，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：