基于dsp的水下偏振计算与图像处理装置制造方法
【专利摘要】在水下环境中，光线的高散射和高吸收特性造成光强、光谱等光学信息严重消减和变化，为了能更好地利用水下偏振信息，本实用新型设计一种基于DSP的水下偏振图像采集与计算装置。整个装置由偏振图像采集、以DSP板为核心的偏振图像采集控制与计算、数据传输及结果显示四个部分组成。偏振图像采集部分由数字相机、步进电机及其驱动芯片和偏振片组成，数字相机的曝光和偏振片的旋转是由DSP配合步进电机驱动芯片控制步进电机的转动实现的，偏振图像采集控制与计算部分包含DSP核心板及其电源电路、时钟电路、复位电路、存储器扩展电路，具体偏振图像的计算存储在存储器扩展电路里，数据传输部分由电缆组成，结果显示部分由液晶显示器组成。
【专利说明】基于DSP的水下偏振计算与图像处理装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及应用于水下环境的偏振图像计算与处理装置，具体是一种基于 DSP的水下偏振计算与图像处理装置，属于图像采集及计算【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在水下光学环境中，光线的高散射和高吸收特性造成光强、光谱等光学信息严重 消减和变化，然而光的偏振特性变化却稳定可预测。偏振成像在避免光线散射与吸收方面 具有特色，是获取水下目标信息的重要技术手段。因此，在未来的水下目标识别和检测中具 有广泛应用前景。
[0003] 现有对水下偏振图像采集与计算装置的研究较少，在偏振信息采集部分，常用的 方法是利用三个相机采集图像，相机镜头前端加装不同方向的偏振片。虽然图像采集速度 快、实时性好，但装置较复杂笨重，成本高，另外，三个相机采集到的图像在后期处理前必 须进行图像配准，增加代码实现复杂度。相比较本实用新型，利用DSP控制步进电机转动和 数字相机的曝光，整个装置只需采用一个相机，能很好地避免上述问题。 实用新型内容
[0004] 实用新型目的：为了解决现有技术中存在的问题与不足，本实用新型提供一种基 于DSP的水下偏振计算与图像处理装置，能利用较简单的装置实现准确地水下偏振图像进 行米集、计算过程。
[0005] 技术方案：一种基于DSP的水下偏振计算与图像处理装置，所述装置由DSP的事件 管理模块产生PWM脉冲信号作为电机驱动芯片的输入，由电机驱动芯片的输出信号控制步 进电机的转动，由电机带动偏振片旋转，同时，由中断程序和脉冲信号产生程序控制数字相 机CCD感光系统的通电，完成不同角度偏振图像的采集，再利用DSP外设接口，从相机中输 入采集到的三幅原始偏振图像,智能地将偏振图像计算程序加载到DSP中完成Stokes偏振 参量图像的求解过程。具体包括：
[0006] 偏振图像采集模块，偏振图像采集控制与计算模块，数据传输模块以及结果显示 模块四个部分。偏振图像采集模块由数字相机、步进电机、步进电机驱动芯片和偏振片组 成，由DSP配合步进电机驱动芯片控制步进电机的精确定位，由步进电机带动偏振片旋转， 同时由DSP产生的脉冲信号控制相机CCD感光系统的通断电，实现多幅原始偏振图像的采 集。偏振图像采集控制与计算模块，主要包含DSP核心板，外围电路(包括电源电路、时钟电 路、复位电路、存储器扩展电路)，其中，PWM脉冲信号产生及原始偏振图像Stokes参量计算 代码存储在存储器扩展电路中。该部分一方面完成对步进电机的触发控制和数字相机电子 快门的曝光；另一方面，完成对原始偏振图像计算功能。数据传输模块主要是通信电缆。结 果显示模块是一台液晶显示器，处理结果由DSP的VP接口，通过电缆与显示器的DVI接口 通信，实现处理结果的显示。
[0007] 本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：装置采用一 个相机构成的偏振图像采集部分，装置简单、成本低，同时采集得到的偏振图像无需进行图 像配准，使得计算过程实现简单。另外，能够通过存储器扩展电路智能地加载控制PWM脉冲 信号产生、偏振图像计算。本装置能更好地实现水下偏振图像的采集，并发挥了 DSP芯片的 强大数据处理功能，能快速得到Stokes偏振参量图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是本实用新型的硬件系统框架图；
[0009] 图2是本实用新型的DSP对步进电机和相机CCD感光系统的控制流程图；
[0010] 图3是本实用新型的步进电机控制偏振片示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方 式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本 领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的 范围。
[0012] 如图1所示，基于DSP的水下偏振图像采集与计算装置，主要包括偏振图像采集、 偏振图像采集控制与计算、数据传输和结果显示四个模块。偏振图像采集模块包括数字相 机、步进电机、驱动芯片和偏振片，偏振图像采集控制与计算模块主要有DSP核心板，电源 电路、时钟电路、复位电路及存储器扩展电路，数据传输部分由电缆组成（由于数据传输仅 需电缆，在图1中未标出），结果显示模块主要是液晶显示器。
[0013] 如图2所示，DSP的事件管理模块产生PWM脉冲信号，控制步进电机的转动。当脉 冲信号数达到设定的N时，调用中断子程序，使电机停止转动，同时调用另一控制相机CCD 感光系统的脉冲信号产生程序。
[0014] 如图3所示，本实施例的步进电机的转动轴上安装一个旋转片，并利用传输履带， 与相机前端的旋转部件相连接，由电机带动旋转片的转动带动偏振片的转动。
[0015] 本实用新型的水下实施方法具体如下：
[0016] 调整装置中数字相机、偏振片、步进电机为初始状态。再将装置（除了数据传输和 结果显示部分）密封在防水罩中，并置于光照充足的水域，将偏振采集部分的相机镜头对准 选定的目标。由于步进电机的角位移与脉冲数成正比，为了实现偏振片步进电机能实现每 次45°的转动，需要事先计算好每次输入的脉冲数，然后加载PWM脉冲信号产生程序到DSP 中，由DSP事件管理模块产生PWM脉冲信号控制步进电机，当计数器达到设定值(事先计算 好的脉冲数）时，调用中断子程序，使步进电机停止工作，接着调用另一 PWM脉冲信号产生 程序，控制相机的CCD感光系统通电。重复上述过程三次，使电机转动和相机电子快门曝光 分别执行三次，从而采集水下目标0°、45°和90°的偏振图像。然后将原始实验图像输入 到DSP处理模块中，由存储器扩展电路加载偏振图像Stokes计算算法，得到多个偏振参量 图像，最后将通过外设接口输入到液晶屏中显示。
【权利要求】
1. 一种基于DSP的水下偏振图像采集与计算装置，其特征在于：装置的整体框架以DSP 为核心，分为偏振图像采集模块，偏振图像采集控制与计算模块，数据传输模块以及结果显 示模块四个部分；偏振图像采集模块由数字相机、步进电机、步进电机驱动芯片和偏振片组 成，由DSP配合步进电机驱动芯片控制步进电机的定位，由步进电机带动偏振片旋转，同时 由DSP产生的脉冲信号控制相机CCD感光系统的通断电，实现多幅原始偏振图像的采集；偏 振图像采集控制与计算模块，主要包含DSP核心板，外围电路，外围电路包括电源电路、时 钟电路、复位电路、存储器扩展电路，其中，PWM脉冲信号产生及原始偏振图像Stokes参量 计算代码存储在存储器扩展电路中；偏振图像采集控制与计算模块一方面完成对步进电机 的触发控制和数字相机电子快门的曝光；另一方面，完成对原始偏振图像计算功能；数据 传输模块主要是通信电缆；结果显示模块是一台液晶显示器，处理结果由DSP的VP接口，通 过电缆与显示器的DVI接口通信，实现处理结果的显示。
2. 根据权利要求1所述的基于DSP的水下偏振图像采集与计算装置，其特征在于：偏 振图像采集通过步进电机带动偏振片旋转来实现：步进电机的转动轴上安装旋转片，并利 用传输履带，与相机前端的旋转部件相连接，旋转片与旋转部件的直径相同，旋转部件上固 定偏振片，通过步进电机带动旋转片的转动，从而带动偏振片同步同角度旋转。
【文档编号】H04N5/232GK203872261SQ201420027859
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】廖艳, 王慧斌, 沈洁, 王鑫, 徐淑芳 申请人:河海大学