)、本发明通过只处理有效子区域的数据，可以只存储有效子区域的平暗场数据，同时可以减少大通道的数量，解决了内存开销过大的问题，大大缩减了内存开销；
[0021](3)、本发明充分利用了可编程逻辑器件具有很好的扩展性，在基本上不改变硬件平台情况下，可以对更多子区域同时进行处理。
【附图说明】
[0022]图1是实时控制器原理框图；
[0023]图2是多视线相关夏克-哈特曼波前传感器图像；
[0024]图3是有效子孔径对齐及通道划分；
[0025]图4是图像预处理流程图；
[0026]图5是处理核心通道流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图以及具体实施例进一步阐述本发明。
[0028]如图1所示，基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器的原理框图，本发明适用于任意单元数量的多视线相关夏克-哈特曼波前传感器，适用于选取任意数量的子区域。下面将以37单元多视线相关夏克-哈特曼波前传感器为例，以5个目标区域为依托来描述具体实施方案。
[0029]如图2所示，多视线相关夏克-哈特曼波前传感器共有37个大子孔径，有效子孔径为30个，在每个大子孔径中选取5个子区域，可同时探测5个子区域内的波前斜率，总共需要计算150个子区域的斜率。这些选取的子区域的位置坐标都是事先在FPGA内标好的，当相机像素按照行一个一个的输送到FPGA中时，通过像素坐标判断模块该像素是否有效，若有效，则做平暗场处理，然后存储该有效图像到FPGA，并供PC读取显示。
[0030]如图3所示，为了方便并行处理，对30*5个有效子孔径进行对齐和通道划分，以每个大子孔径列为I个大处理通道，每个大处理通道内标号相同的子区域列为I个子通道。利用在大通道内构造子通道的方法，每一行大子孔径数不够5个的通过重复最后一个大子孔径来填补，从而形成有效的并行阵列处理通道。总共需要设置5*5的子通道数用于输出不同方向上的子孔径斜率。如果采用传统的方法来实现，将会采用7*5通道，多出10个通道的资源开销，通过优化，内存开销大大的减少。
[0031]如图4所示，实时控制器的预处理通常包含平场和暗场处理，通过增加有效子孔径坐标判断语句，只存储和计算有效子孔径内的有效像素，大大节省了暗场和平场的存储空间。
[0032]如图5所示，实时控制器的斜率提取核心部分是由5个大通道及5个子通道组成，通道内采用绝对差分的流水线方式实现加速处理，通道间采用并行阵列的方式处理，通过重复构造大通道及其子通道数量，可以适应于任何单元数的选取任何子区域数的多视线相关夏克-哈特曼波前传感器。经过图像预处理后的图像再次通过坐标判断，将标号不同的子区域分别送入不同的子通道中缓存起来。并行阵列按子区域行进行处理，当第I个大子孔径行内标号为I的子区域缓存完毕，同时启动5个大通道内的第I个子通道，同时对一个子孔径行内标号为I的子孔径进行处理。在处理标号为I的子区域的同时，开始缓存标号为2，3，4的子区域，当标号为2，3，4的子区域缓存完毕后，同时启动5个大通道内的第2，3，4个子通道。在计算2，3，4子区域斜率时，开始缓存标号为5的子区域，缓存完后，同时启动5个大通道内第5个子通道。同理，按照流水和并行的方式一直传递下去，直到处理完最后一个子区域行。本发明对单帧图像的处理延时为一个子区域行的处理时间，由于阵列按行并行处理，因此延时又等于一个子区域的处理时间。
[0033]FPGA通过SR1的方式将波前斜率送入多核DSP内，DSP采用主从的模式事先将复原矩阵分发给其他的从核，然后与波前斜率相乘，得到复原电压，然后将控制电压送回FPGA，发给高压放大器，完成了整个控制器的控制过程。
[0034]当多视线相关哈特曼的单元数和选取的子孔径数发生变化时，只需要分别扩展大通道数和子通道数即可，升级非常方便。由于FPGA内部资源的灵活性，升级过程可完全在FPGA内部完成，整套系统的硬件不需要做任何变动。
[0035]本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。
【主权项】
1.基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:该控制器包括斜率计算模块和波前复原模块，分别在FPGA和多核DSP内实现，其中斜率计算模块包括图像预处理模块和斜率提取核心模块，图像预处理模块用于暗场和平场处理，斜率提取核心模块由多个大通道及其内部子通道组成，在子通道内采用流水线的方式，子通道间采用并行阵列的方式来实现加速处理，所有大通道及子通道均在FPGA内实现，由于硬件电路模块化，所以可以满足任意子孔径需求的并行处理，具有很好的扩展性和可升级性；所述的波前复原模块用于矩阵矢量乘的计算，在多核DSP内将复原矩阵同时分发给多个核，然后采用多核并行的方式来计算，最终得到复原电压。2.根据权利要求1所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的图像预处理模块，通过坐标判断模块只对选取的有效子区域内的像素进行处理，不必要处理整幅图像，可节省存储平暗场图像的内存开销。3.根据权利要求2所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的有效子区域是在每个大子孔径内选取的多个子区域，而不是大子孔径，有效子区域的坐标是在FPGA内部初始化固定的，也可以通过PC给定。4.根据权利要求1所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的斜率提取核心模块的大通道是基于大子孔径列来划分，每一列的所有大子孔径为一个通道，所以大通道的个数与哈特曼的布局相关，大通道数结合实际情况可做优化，大通道主要由通道坐标判断模块和子通道组成。5.根据权利要求1所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的斜率提取核心模块的子通道是基于每个大子孔径列内标号相同的子区域列来划分，所以子通道的个数与选取的子区域以及大通道数相关。6.根据权利要求5所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的子通道由图像乒乓缓存模块，脉动阵列模块以及结果寻优模块构成，图像乒乓缓存模块使用两块相同大小的RAM构成乒乓缓存，交替接收相机数据，当一块缓存在接收相机数据时，另一块缓存则向脉动阵列提供计算的数据，脉动阵列模块是由多条并行的四级绝对差分算法流水线组成，其所需的数据由乒乓缓存提供，所需的控制信号由内部预先存储的指令存储器提供，结果寻优模块通过计数器生成坐标地址，在计算得到的结果缓存中寻找最优的相关值，从而判断最优值的坐标。7.根据权利要求1所述的基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，其特征在于:所述的可扩展性和可升级性可通过硬件描述语言编程重复构造处理通道，无需改变硬件结构，当多视线相关哈特曼的单元数和选取的子区域数发生变化时，只需要分别扩展大通道数和子通道数即可。
【专利摘要】本发明公开了基于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的实时控制器，是一种针对多层共轭自适应光学技术提出的多通道并行处理硬件平台架构，用于大视场范围内多视线方向上波前斜率探测和复原。该控制器采用FPGA和多核DSP的架构，主要包括斜率计算和波前复原两个部分。由于多视线相关夏克-哈特曼波前传感器每个子孔径内需要划分多个子区域，该平台需要在斜率提取的大通道内构造子通道，本发明适用于在多视线相关夏克-哈特曼波前传感器的子孔径中选取任何数量的子区域，在不改变硬件电路的基础上通过在FPGA内重复构造处理子通道从而达到系统升级的目的。本发明对多层共轭自适应光学技术的工程实现具有重要意义。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105204405
【申请号】CN201510686564
【发明人】孔林, 饶长辉, 朱磊, 张兰强
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月21日