基于fpga的全偏振成像处理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于FPGA的全偏振成像处理系统，全偏振信息采集部分是由一个圆偏振相机和三个线偏振相机组成；全偏振信息控制与处理部分是本装置的核心，主要基于FPGA设计，包括电源、SRAM1、SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一个D/A数模转换器、串行接口和LED；所述一个圆偏振相机和三个线偏振相机的输出端通过I2C总线与FPGA芯片连接；所述FPGA芯片的输出端分别连接LED和D/A数模转换器；所述D/A数模转换器通过串行接口和电缆线连接上位机；所述FPGA芯片还分别连接SRAM1、SRAM2和FLASH配置芯片；所述电源用于给全偏振信息控制与处理部分供电。本实用新型通过四个相机采集的水下目标全偏振信息较普通的光强信息和线偏振信息更有利于水下目标的识别检测。
【专利说明】基于FPGA的全偏振成像处理系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及图像采集【技术领域】，具体涉及一种应用于水下环境中全偏振信息采集处理系统。
【背景技术】
[0002]在水下环境中由于水体对光的吸收和散射作用较大，光能量在水中衰减迅速，使水下成像呈现雾化效果，对比度较差。偏振成像系统采集目标与背景的偏振信息，由于背景较为杂乱，造成背景反射光的偏振度均较低，而目标反射光的偏振度却比背景反射光的偏振度大很多，因此利用目标与背景反射光的偏振信息差别可以较好的区分目标与背景，因此，基于偏振成像设备对水下偏振信息采集将在未来的水下探测中具有广泛应用前景。
[0003]根据国外最新研究成果，圆偏振光被水粒子散射后，圆偏振状态就会发生改变，而圆偏振光经过目标反射后圆偏振态改变较小，因此与陆地上偏振信息采集系统绝大多数是针对线偏振不同，在水下实现对偏振信息采集时增加对光的圆偏振分量采集更有利于提取目标信息和对目标进行探测。基于以上描述，一种水下全偏振信息采集处理装置应运而生。
实用新型内容
[0004]实用新型目的:针对现有技术中存在的问题与不足，本实用新型提供基于FPGA的全偏振成像处理系统，通过设计线偏振和圆偏振信息的集成采集装置和计算方法可以获取水下物体的全偏振信息。
[0005]技术方案:一种基于FPGA的全偏振成像处理系统,全偏振信息米集部分是由一个圆偏振相机和三个线偏振相机组成。全偏振信息控制与处理部分是本装置的核心，主要基于FPGA设计，包括电源、SRAMU第一静态随机存储器)、SRAM2(第二静态随机存储器)、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一个D/A数模转换器、串行接口和LED。所述一个圆偏振相机和三个线偏振相机的输出端通过I2C总线与FPGA芯片连接；所述FPGA芯片的输出端分别连接LED和D/A数模转换器；所述D/A数模转换器通过串行接口和电缆线连接上位机；所述FPGA芯片还分别连接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；所述电源用于给全偏振信息控制与处理部分供电。
[0006]四个相机在I2C总线和触发脉冲的控制下同步采集目标图像，完成全偏振信息采集。FPGA读取SRAMl中四幅偏振图像数据进行偏振图像的参数解算，通过圆偏振相机和三个线偏振相机采集的图像可以解算出目标的总光强、线偏振分量和圆偏振分量，从而完成偏振参数计算。LED用于标示SRAM2存储和输出状态。系统通过VGA输出控制模块将SRAM2中数据输出到D/A数模转换器，而后通过串行接口和电缆线连接到上位机上显示图像。
[0007]有益效果:与现有技术相比，本实用新型所提供的基于FPGA的全偏振成像处理系统，采用线偏振和圆偏振集成的四偏振相机，同步采集目标的全偏振信息，依靠FPGA实现对系统各部分的配置，并依次实现偏振图像采集控制、偏振参数图像存储和偏振参数图像的输出功能。系统采集的水下目标全偏振信息较普通的光强信息和线偏振信息更有利于水下目标的识别检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型实施例的系统结构图；
[0009]图2为本实用新型的FPGA芯片内部功能结构图；
[0010]图3为本实用新型实施例的FPGA芯片外围连接图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。
[0012]如图1所示，基于FPGA的全偏振成像处理系统，主要包括全偏振信息采集部分和全偏振信息控制与处理部分。全偏振信息米集部分包括一个圆偏振相机、三个线偏振相机。全偏振信息控制与处理部分包括电源、SRAMl、SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、LED、一个D/A数模转换器和串行接口。
[0013]一个圆偏振相机和三个线偏振相机的输出端通过I2C总线与FPGA芯片连接；FPGA芯片的输出端分别连接LED和D/A数模转换器；D/A数模转换器通过串行接口和电缆线连接上位机；FPGA芯片还分别连接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；电源用于给全偏振信息控制与处理部分供电。
[0014]四个相机在I2C总线和触发脉冲的控制下同步采集目标图像，完成全偏振信息采集。FPGA读取SRAMl中四幅偏振图像数据进行偏振图像的参数解算，通过圆偏振相机和三个线偏振相机采集的图像可以解算出目标的总光强、线偏振分量和圆偏振分量，从而完成偏振参数计算。LED用于标示SRAM2存储和输出状态。系统通过VGA输出控制模块将SRAM2中数据输出到D/A数模转换器，而后通过串行接口和电缆线连接到上位机上显示图像。
[0015]三个线偏振相机分别为O度偏振相机、60度偏振相机和120度偏振相机。
[0016]如附图2所示，FPGA芯片功能模块包括信息采集控制模块、偏振参数计算模块、偏振图像读写控制模块、偏振参数读写控制模块、VGA输出控制模块。下面详细叙述每个模块的功能:
[0017]信息采集控制模块完成对全偏振信息采集部分的控制，FPGA通过触发脉冲触发四个CMOS传感器同时曝光，I2C总线对全偏振信息采集部分输入图像采集时钟和配置数据，CMOS传感器根据曝光信号和图像采集时钟产生图像的场信号、行信号、像素时钟和图像数据。
[0018]偏振图像读写控制模块完成SRAMl中图像数据的存储和读取功能，FPGA根据图像的场信号、行信号和像素时钟将图像数据存储到SRAMl中，当图像数据的存储时序结束后，偏振参数计算模块即执行图像数据的读取时序，用于偏振参数图像的解算。
[0019]偏振参数计算模块完成偏振参数的解算，根据斯托克斯方程计算1、Q、U、V、Dop1,Dop2、Θ。
[0020]偏振参数读写控制模块完成SRAM2中偏振参数的存储和读取功能，偏振参数计算模块解算的结果存入SRAM2中，当SRAM2存满后将SRAM2的输出控制位OE置为有效位，OE信号触发FPGA输出有效信号至LED，LED变亮表示数据存满输出。
[0021]VGA输出控制模块完成偏振参数图像的输出功能，FPGA中的监听位启动FPGA的输出进程，在VGA的输出时序控制下依次输出SRAM2中的偏振参数图像。
[0022]如附图3所示，CMOS传感器型号为MT9V139，FPGA芯片型号为EP2C5T144，LED型号为10000MCD，SRAM型号为61LV25616，配置芯片型号为EP1CS1，D/A芯片型号为THS8134A，电池型号为18650型的锂电池，电池对整个系统供电，配置芯片接收到系统的时钟信号DCLK后，向FPGA下载配置程序DATA，CMOS传感器在曝光信号SDATA和系统时钟CLKIN的控制下，产生图像数据Data [0..9]、场信号FRAME、行信号LINE、像素时钟信号PIXCLK，SRAM根据FPGA输入的CE、0E、WE、UB、LB信号及相应的地址信号A[0..17]，输出16位图像数据Data [0..15]，D/A芯片在时钟信号CLK的控制下，输出RGB信号GY [0..7]、RPr [0..7]、BPb [0..7]。
[0023]本实用新型的水下实施方法具体如下:
[0024]按下系统电源开关，然后将密封在防水罩中的全偏振信息采集装置放在光照充足的水域，将镜头部分对准选定的目标，采集目标的全偏振信息。
[0025]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于FPGA的全偏振成像处理系统,其特征在于:全偏振信息米集部分是由一个圆偏振相机和三个线偏振相机组成；全偏振信息控制与处理部分是本装置的核心，主要基于FPGA设计，包括电源、SRAMU SRAM2、FLASH配置芯片、FPGA芯片、一个D/A数模转换器、串行接口和LED ;所述一个圆偏振相机和三个线偏振相机的输出端通过I2C总线与FPGA芯片连接；所述FPGA芯片的输出端分别连接LED和D/A数模转换器；所述D/A数模转换器通过串行接口和电缆线连接上位机；所述FPGA芯片还分别连接SRAMl、SRAM2和FLASH配置芯片；所述电源用于给全偏振信息控制与处理部分供电。
【文档编号】G01C11/02GK203414766SQ201320506333
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】骆常见, 沈洁, 王慧斌, 徐淑芳, 陈哲 申请人:河海大学