自适应光学校正处理系统的制作方法
【专利摘要】自适应光学校正处理系统，本处理系统由图像接收模块接收来哈德曼波前传感器的图像信息，由处理模块完成自适应校正算法，对外交互模块完成对哈德曼波前传感器的时序控制，DA转化模块的转化控制和与计算机的通讯。DA转化模块把通过处理模块自适应算法校正后的参数转化为模拟量传送给外部变形镜。对外交互模块可以选择通过与计算机通信上传参数及其他数据信息到计算机；同时计算机下传控制命令到处理系统，进而完成命令设置、参数保存以便系统自动运行。本发明结构简单，成本低廉，高度集成，处理能力强大，可广泛应用到运算量适中的普通自适应校正系统中。
【专利说明】自适应光学校正处理系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自适应光学处理【技术领域】，特别是涉及一种低成本自适应光学校正处 理系统。
【背景技术】
[0002] 传统自适应光学处理器主要为高性能CCD相机的数据。主要应用于天文观测等 要求校正精度高、数据量大，实时要求高的领域。对比文献1《一种千单元级自适应光学系 统波前信号处理平台》（申请号 ：201210182217.X)其处理器由高性能计算机以及协处理器 组成，体积庞大，价格昂贵；对比文献2《高速波前测量和波前处理一体化系统》（申请号： 201310103207. 7)由FPGA或DSP的板卡配备各个单元模块组成，虽结构相对简单，价格也有 所降低，但其主要应用场合仍为如天文观测等高性能领域，并不适用于望远成像或航空对 地成像等对成本敏感的普通应用场合。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足提供一套低价、结构简单、运算 能力适中，可以应用于普通成像场合的低成本自适应光学校正处理系统。
[0004] 采用的技术方案是： 自适应光学校正处理系统，包括图像接收模块、处理模块、对外交互模块、DA转化模块。 所述的图像接收模块接收来自沙克-哈德曼波前传感器的波前图像数据。处理模块完成对 接收到的波前图像数据的处理工作，其处理工作包括：波前重心提取、波前斜率计算、波前 偏移量计算、控制算法。最终得到输出给DA转化模块的变形镜控制量。DA转化模块把变 形经控制量转化为模拟驱动信号输出给系统外部的变形镜。整个过程在一定频率下反复运 行，完成对光学图像的自适应校正。
[0005] 上述的对外交互模块除了完成波前图像数据的上传到计算机外，还完成对沙 克-哈德曼波前传感器的时序控制，完成DA转化模块的初始化以及转化控制，完成与计算 机的通讯功能。
[0006] 上述的对外交互模块与计算机的通讯功能是通过FPGA内部千兆网IP核设计完成 的。
[0007] 上述的处理模块，由一块高性能FPGA及其附属电路组成，在FPGA片内有三个功能 模块，其一图像缓存的图像接收模块，其二流水线处理的处理模块，其三对外交互通讯和控 制的对外交互模块。
[0008] 上述的图像接收模块，有两个FPGA片内FIFO区组成。当第一 FIFO区预存图像数 据时，流水线处理区调用第二FIFO区已经预存好的图像数据进行处理。当第二FIFO区预存 图像数据时，流水线处理区调用第一 FIFO区已经预存好的图像数据进行处理，周而复始。
[0009] 上述的FPGA内部的处理模块完成波前图像数据的处理工作。FPGA内部的对外交 互模块完成对DA转化模块，沙克-哈德曼波前传感器的控制以及与计算机的通讯工作。
[0010] 上述的自适应光学校正的处理系统，除了 DA转化外，其余自适应校正的全部工作 由一片高性能FPGA完成。
[0011] 本发明的优点在于： 一、结构简单，成本低廉。随着自适应技术的发展，利用自适应技术校正波前误差已经 从科学级，如天文观测，逐步转变为工业级，如望远镜成像。本发明提供一种结构简单，成本 低廉的处理系统，应用到运算量适中的普通自适应校正系统中。
[0012] 二、高度集成，处理能力强大。随着FPGA技术的发展，其处理能力越来越强，可以 说现在单片高端FPGA的处理能力甚至强过几年前的工作站。尤其是FPGA在运算上的并行 性十分适合对沙克-哈德曼子孔径运算，同时具有丰富的IP核资源。本发明利用单片FPGA 的这些优势，完成了对自适应处理系统的高度集成化设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明自适应处理系统示意图。
[0014] 图2是本发明FPGA内部的波前处理示意图。
[0015] 图3是本发明对外交互模块的区域划分示意图。
【具体实施方式】
[0016] 自适应光学校正处理系统，包括图像接收模块3、处理模块4、对外交互模块5、DA 转化模块6。所述图像接收模块接收来自沙克-哈德曼波前传感器1的波前图像数据。处 理模块完成对接收到的波前图像数据的处理工作，其处理工作包括：波前重心提取、波前斜 率计算、波前偏移量计算、控制算法。最终得到输出给DA转化模块的变形镜控制量。DA转 化模块6把变形经控制量转化为模拟驱动信号输出给系统外部的变形镜7。整个过程在一 定频率下反复运行，完成对光学图像的自适应校，计算机2通过总线与对外交互模块5通 讯，对外交互模块5由计算机得到相应的参数以及控制命令。
[0017] 本发明除DA转化外，其余工作主要由FPGA完成。其主要工作有：图像预存；波前 流水线处理；通讯和控制。
[0018] 图像预存主要由FPGA内部具有FIFO功能的IP核及逻辑组成。目的是存储由沙 克-哈德曼波前传感器所拍摄的图像，为提高利用率，这里用乒乓算法调用2个FIFO功能 的IP核。当第一 FIFO区在存储图像数据时，第二FIFO区的数据输送给波前流水线处理区 进行运算。反之，当第二FIFO区在存储图像数据时，则第一 FIFO区的数据输送给波前流水 线处理区进行运算。
[0019] 波前流水线处理主要完成与自适应有关的运算，他们包括：波前重心提取、波前斜 率计算、波前偏移量计算、控制算法。其全部在FPGA内完成。
[0020] 包括对外交互模块通讯和控制两个功能区，控制功能区通过调用FPGA内部单片 机IP核，完成如下控制：沙克-哈德曼波前探测器的时序控制；DA转化的初始化及时序控 制；系统重启控制；通讯控制。通讯功能区由FPGA内部10G网IP以及UDP协议逻辑组成， 完成与计算机的通讯功能，提供人机交互。
[0021] 如图1所示沙克-哈德曼波前传感器的图像数据通过数据接口进入图像接收模 块，并等待处理模块对数据的调用。为了提高数据处理能力，这里用的比较常见的乒乓算 法，如图2所示当第一 FIFO区接收图像数据时，处理器调用第二FIFO区的图像数据进行 处理；当第二FIFO区接收图像数据时，处理器调用第一 FIFO区的图像数据进行处理。处 理器从FIFO区调用的数据是可以分割成一个个子孔径的图像数据。FPGA分别同时对各个 子孔径的图像数据进行波前重心提取的计算。每一个重心计算的计算公式如下：
【权利要求】
1. 自适应光学校正处理系统，包括图像接收模块、处理模块、对外交互模块、DA转化模 块，其特征在于所述的图像接收模块接收来自沙克-哈德曼波前传感器的波前图像数据； 处理模块完成对接收到的波前图像数据的处理工作，其处理工作包括：波前重心提取、波前 斜率计算、波前偏移量计算、控制算法，最终得到输出给DA转化模块的变形镜控制量；DA转 化模块把变形经控制量转化为模拟驱动信号输出给系统外部的变形镜，整个过程在一定频 率下反复运行，完成对光学图像的自适应校正。
2. 根据权利要求1所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的对外交互模 块除了完成波前图像数据的上传到计算机外，还完成对沙克-哈德曼波前传感器的时序控 制，完成DA转化模块的初始化以及转化控制，完成与计算机的通讯功能。
3. 根据权利要求1或2所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的对外交互 模块与计算机的通讯功能是通过FPGA内部千兆网IP核设计完成的。
4. 根据权利要求1所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的处理模块，由 一块高性能FPGA及其附属电路组成，在FPGA片内有三个功能模块，其一图像缓存的图像接 收模块，其二流水线处理的处理模块，其三对外交互通讯和控制的对外交互模块。
5. 根据权利要求1所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的图像接收模 块，有两个FPGA片内FIFO区组成，当第一 FIFO区预存图像数据时，流水线处理区调用第二 FIFO区已经预存好的图像数据进行处理；当第二FIFO区预存图像数据时，流水线处理区调 用第一 FIFO区已经预存好的图像数据进行处理，周而复始。
6. 根据权利要求4所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的FPGA内部的 处理模块完成波前图像数据的处理工作；FPGA内部的对外交互模块完成对DA转化模块，沙 克-哈德曼波前传感器的控制以及与计算机的通讯工作。
7. 根据权利要求1所述的自适应光学校正处理系统，其特征在于所述的自适应光学校 正的处理系统，除了 DA转化外，其余自适应校正的全部工作由一片高性能FPGA完成。
【文档编号】G06T7/00GK104282024SQ201410549139
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】张岳, 岱钦 申请人:沈阳理工大学