一种用于多通道数字示波器的图像处理装置和方法与流程

1.本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种用于多通道数字示波器的图像处理装置和方法。


背景技术：

2.数字示波器的波形捕获率是指单位时间内示波器所能够捕获并显示的波形幅数，通常以波形幅数/秒(wfms/s)表示，在实际应用中能够最直接地反映示波器对异常偶发信号的捕获能力。
3.近年来，我国示波器产业取得了突飞猛进的进步，部分产品已经能够达到ghz带宽水平、5gsa/s及以上的高采样率。示波器通道数量由双通道扩展到4通道、甚至8通道，存储深度从1k提升到每通道1gpts、2gpts。但与此同时，大存储深度对应的数据处理耗时也等比例地增加，多通道的特性使得耗时时间成倍地增长，极大地影响了数字荧光示波器的波形捕获率指标，限制了数字荧光示波器对异常偶发信号的捕获能力。
4.示波器被誉为电子工程师的“眼睛”，它能够把随时间变化的电压信号绘制到屏幕上，给人以图形化的显示，将人类肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像。波形图像生成与图像处理及显示时间在示波器数据处理耗时中占有较大的成分比例，在影响示波器波形捕获率指标方面具有举足轻重的作用和地位。
5.目前，比较常见的示波器波形图像生成和图像处理及显示方法如图1所示(假设四通道都打开)：示波器在完成一次采集存储过程后，图像生成模块依次读取通道1、2、3、4的波形数据进行叠加，在完成四个通道的波形叠加后再开启一次新的采集存储过程，依次循环下去，直到定时时间到后进行灰度等级和荧光色彩的转换，最终形成四个通道波形叠加的荧光图像并显示到屏幕上。这种顺序生成的图像处理架构在各个通道波形叠加过程中形成了较大的采集“盲区时间”，严重影响了示波器的波形捕获率指标，限制了对异常偶发信号的捕获能力。
6.现有技术的缺点是成本高，效率底，耗时间等类似问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于多通道数字示波器的图像处理装置和方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种用于多通道数字示波器的图像处理装置，包括cpu板以及多块模块化采集板；其中，cpu板，包括fpga；被配置为用于图像的合成和颜色自适应选择；
10.每个模块化采集板，均包括adc、ddr以及fpga；
11.adc，被配置为用于对输入波形进行量化采集，将模拟信号转换为数字信号；
12.ddr，被配置为用于实现大容量波形数据存储；
13.fpga，被配置为用于进行分布式图像生成；
14.cpu板上的fpga与模块化采集板上的fpga通过高速gth口连接。
15.此外，本发明还提到一种用于多通道数字示波器的图像处理方法，该方法采用如上所述的一种用于多通道数字示波器的图像处理装置，具体包括如下步骤：
16.步骤1：启动示波器；
17.步骤2：采集、叠加；
18.通过adc将采集的输入波形模拟信号转换为数字信号，并输出至fpga；
19.fpga对数据进行处理后将数据存储到ddr中，并实时读取ddr中的采集数据进行叠加，生成能够反映波形在屏幕范围内分布概率的三维存储矩阵；
20.步骤3：定时；
21.通过模块化采集板上的fpga中的定时单元进行定时；
22.步骤4：灰度等级转换；
23.定时结束后，通过模块化采集板上的fpga进行灰度等级转换，满足后续图像预处理时荧光色彩等级层次化显示的需要，且根据波形叠加次数自动适应变换等级；
24.步骤5：gth传输；
25.通过gth高速接口实现对灰度等级数据的传输，传输速率为12gbps；
26.步骤6：图像预处理；
27.cpu板上的fpga中的图像预处理模块，分别接收各模块化采集板上的fpga采集的灰度等级数据，并进行荧光色彩的转换和图像合并前的预处理；
28.步骤7：图像合成；
29.cpu板上的fpga中的图像合成模块，接收来自各模块化采集板上的fpga采集的波形荧光色彩rgb888数据，根据用户打开的通道数量和通道前后层次，自适应地将各个波形数据进行合成，最终形成一幅包含各个通道采集波形的图像，并最终显示到屏幕上。
30.优选地，各个通道波形的采集、叠加处理是独立并行进行的。
31.优选地，叠加过程的盲区时间仅为常规数字荧光示波器对应盲区时间的25％，提升了示波器的波形捕获能力。
32.优选地，模块化采集板上的fpga中的定时单元支持20ms、200ms、2s三种档位，用户能够根据波形捕获能力需要自动选择。
33.优选地，cpu板上的fpga中的图像预处理模块，支持用户自主选择各个通道波形色彩的颜色，支持rgb色彩任意选择。
34.本发明所带来的有益技术效果：
35.1、本发明对各个通道波形进行独立并行的采集、叠加处理，并最终通过图像合成中心进行合并显示。其叠加过程盲区时间仅为常规数字荧光示波器对应盲区时间的25％，极大地提升了示波器的波形捕获能力；
36.2、本发明设计的定时单元支持20ms、200ms、2s三种档位，用户可根据波形捕获能力需要自动选择，这种定时单元可供自主选择的特性业界尚属首次；
37.3、本发明设计的荧光图像预处理模块，支持用户自主选择各个通道波形色彩的颜色，支持rgb色彩任意选择；
38.4、本发明提出的荧光图像处理方法采用模块化设计，可方便扩展到更多的通道，具有较强的可移植性。
附图说明
39.图1为常规数字荧光示波器波形图像处理方法流程图；
40.图2为本发明装置主要构成示意图；
41.图3为本发明波形叠加和图像处理流程图；
42.图4为本发明用于多通道数字示波器的图像处理方法的流程图。
具体实施方式
43.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
44.实施例1：
45.如图2所示，一种用于多通道数字示波器的图像处理装置，包括cpu板以及多块模块化采集板；其中，
46.cpu板，包括fpga；被配置为用于图像的合成和颜色自适应选择；
47.每个模块化采集板，均包括adc、ddr以及fpga；
48.adc，被配置为用于对输入波形进行量化采集，将模拟信号转换为数字信号；
49.ddr，被配置为用于实现大容量波形数据存储；
50.fpga，被配置为用于进行分布式图像生成；
51.cpu板上的fpga与模块化采集板上的fpga通过高速gth口连接。
52.实施例2：
53.在上述实施例1的基础上，本发明还提到一种用于多通道数字示波器的图像处理方法，其流程如图4所示，具体包括如下步骤：
54.步骤1：启动示波器；
55.步骤2：采集、叠加；如图3所示；
56.通过adc将采集的输入波形模拟信号转换为数字信号，并输出至fpga；
57.fpga对数据进行处理后将数据存储到ddr中，并实时读取ddr中的采集数据进行叠加，生成能够反映波形在屏幕范围内分布概率的三维存储矩阵；
58.各个通道波形的采集、叠加处理是独立并行进行的。
59.叠加过程的盲区时间仅为常规数字荧光示波器对应盲区时间的25％，提升了示波器的波形捕获能力。
60.步骤3：定时；
61.通过模块化采集板上的fpga中的定时单元进行定时；
62.模块化采集板上的fpga中的定时单元支持20ms、200ms、2s三种档位，用户能够根据波形捕获能力需要自动选择。
63.步骤4：灰度等级转换；
64.定时结束后，通过模块化采集板上的fpga进行灰度等级转换，满足后续图像预处理时荧光色彩等级层次化显示的需要，且根据波形叠加次数自动适应变换等级；
65.步骤5：gth传输；
66.通过gth高速接口实现对灰度等级数据的传输，传输速率为12gbps；
67.步骤6：图像预处理；
68.cpu板上的fpga中的图像预处理模块，分别接收各模块化采集板上的fpga采集的
灰度等级数据，并进行荧光色彩的转换和图像合并前的预处理；
69.cpu板上的fpga中的图像预处理模块，支持用户自主选择各个通道波形色彩的颜色，支持rgb色彩任意选择。
70.步骤7：图像合成；
71.cpu板上的fpga中的图像合成模块，接收来自各模块化采集板上的fpga采集的波形荧光色彩rgb888数据，根据用户打开的通道数量和通道前后层次，自适应地将各个波形数据进行合成，最终形成一幅包含各个通道采集波形的图像，并最终显示到屏幕上。
72.本发明荧光图像波形叠加和图像处理方案，主要是指分布式的灰度等级生成中心和荧光图像合成中心相互协调工作，在分布式的灰度等级生成中心采取各个通道独立、并行执行的过程，以此分解常规数字示波器叠加过程所面临的大块盲区时间；
73.波形叠加和图像处理流程，主要涉及各个通道采集、存储、灰度等级变换、gth传输、图像预处理及图像合成的相互衔接和处理过程；
74.图像合成时支持用户自主选择各个通道波形颜色和色彩类型。
75.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。