一种可重构的拓扑式实时图像处理系统的制作方法
【专利摘要】一种可重构的拓扑式实时图像处理系统属于空间光学图像处理系统领域，该系统包括多个图像处理单元、数据交换控制单元、背板I/O接口板、FPGA网关式后IO板和主控计算机，相机通过第一Camera-Link传输线与FPGA网关式后IO板连接；主控计算机分别通过第二Camera-Link传输线和第一串口总线与FPGA网关式后IO板连接。FPGA网关式后IO板分别通过多条并行数据总线和第二串口总线与背板I/O接口板连接。背板I/O接口板分别通过4×PCIe总线和数据交换控制单元串口总线与数据交换控制单元连接。本发明可重构的拓扑式实时图像处理系统体积小、重量轻，图像处理性能高。
【专利说明】一种可重构的拓扑式实时图像处理系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于空间光学图像处理系统领域，具体涉及一种可重构的拓扑式实时图像 处理系统。
【背景技术】
[0002] 搭载在人造卫星等空间探测仪器平台上的光学处理系统通常受到装机空间和重 量的限制，因此，需要具有较高的集成度、体积小、重量轻，并且其模块化的不同功能单元应 该能够根据需求增加拓展。
[0003] 现有的空间光学图像处理系统有时无法同时满足上述需求，因此，设计一种综合 一体化的，既可以扩展功能、提高性能，又减小体积和重量的拓扑式、可重构实时图像处理 系统成为研发课题。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有空间光学图像处理系统的集成度低、体积和重量大以及功能单元拓 展性差，无法满足在装机空间有限、重量严重受限的空间平台上的安装需求的技术问题，本 发明提供一种可重构的拓扑式实时图像处理系统。
[0005] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
[0006] 一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，其特征在于：该系统包括多个图像处理 单元、数据交换控制单元、背板I/O接口板、FPGA网关式后10板和主控计算机，相机通过第 一 Camera-Link传输线与FPGA网关式后10板连接；主控计算机分别通过第二Camera-Link 传输线和第一串口总线与FPGA网关式后10板连接；FPGA网关式后10板分别通过多条并 行数据总线和第二串口总线与背板I/O接口板连接；背板I/O接口板分别通过4XPCIe总 线和数据交换控制单元串口总线与数据交换控制单元连接；每一个图像处理单元分别通过 PCIe总线和SATA总线与数据交换控制单元连接，每一个图像处理单元还分别通过图像处 理单元串口总线和4 XSRI0总线与背板I/O接口板连接；数据交换控制单元内设有SATA硬 盘，每一个图像处理单元所对应的SATA总线均与该SATA硬盘连接；
[0007] 所述主控计算机通过第一串口总线与FPGA网关式后10板进行控制命令的双向通 讯，主控计算机还通过第二Camera-Link传输线从FPGA网关式后10板接收多个图像处理 单元回传来的最终图像数据；相机通过第一 Camera-Link传输线将自身采集到的多种未经 处理的图像数据流传送给FPGA网关式后10板；FPGA网关式后10板按照主控计算机发来 的控制命令对未经处理的图像数据流进行分配并分别通过多条并行数据总线将分配后的 图像数据流传输至背板I/O接口板；FPGA网关式后10板还通过第二串口总线与背板I/O接 口板进行控制命令的双向通讯；
[0008] 所述每一个图像处理单元均可以通过4XSRI0总线从背板I/O接口板上读取未经 处理的图像数据流并对图像进行运算处理，若所述当前图像处理单元运算处理后的图像数 据是需要其它图像处理单元继续加工的中间图像数据，则当前图像处理单元通过与其对应 连接的PCIe总线将该中间图像数据传送给数据交换控制单元进行缓存，后续的其它图像 处理单元再通过与其对应连接的PCIe总线从数据交换控制单元上读取所需的前述中间图 像数据，并对该中间图像数据进行后续的运算处理；若当前图像处理单元运算处理后的图 像数据是最终图像结果数据，则该图像处理单元通过与其对应连接的SATA总线将该最终 图像结果数据直接传送给数据交换控制单元内的SATA硬盘进行永久储存；
[0009] 图像处理单元顺次通过图像处理单元串口总线、背板I/O接口板、第二串口总线、 FPGA网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若主控计算 机需要对前述当前图像处理单元的最终图像结果进行实时显示，则根据主控计算机发来的 控制命令，当前图像处理单元可以通过与其对应连接的4XSRI0总线将该图像处理单元自 身的图像最终结果实时数据传送给背板I/O接口板，再经与该当前图像处理单元对应的并 行数据总线传送给FPGA网关式后10板，最后，该最终图像结果实时数据再由FPGA网关式 后10板通过第二Camera-Link传输线回传至主控计算机另行进行同步显示或存储；
[0010] 所述数据交换控制单元顺次通过数据交换单元串口总线、背板I/O接口板、第二 串口总线、FPGA网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若 主控计算机需要调取前述SATA硬盘所存储的最终图像结果历史数据，则根据主控计算机 发来的控制命令，数据交换控制单元可以通过与其对应连接的4XPCIe总线将SATA硬盘所 存储的最终图像结果历史数据传送给背板I/O接口板，再经并行数据总线传送给FPGA网关 式后10板，最后，该最终图像结果历史数据再由FPGA网关式后10板通过第二Camera-Link 传输线回传至主控计算机另行进行显示或存储。
[0011] 所述多条并行数据总线中的一条与数据交换控制单元对应，其余多条与多个图像 处理单元--对应。
[0012] 所述多个图像处理单元包括现图像拼接单元、图像配准融合单元、图像增强单元、 图像去雾单兀和图像目标检测单兀。
[0013] 所述4XPCIe总线可以由常规网线代替。
[0014] 本发明的有益效果是：该可重构的拓扑式实时图像处理系统体积小、重量轻，可根 据不同的需求采用拓扑的方式增加或减少图像处理单元的数量和类型从而进一步提高图 像处理性能。其外挂SATA存储硬盘优先与主控计算机保存个图像单元最终处理完成后的 图像数据，而主控计算机则可根据需要，直接读取和显示不同图像处理单元最终完成的实 时的图像，或者从SATA存储调取不同的图像结果历史数据，另行显示和存储，从而避免了 主控计算机在实时显示图像的同时还要存储，缓解主控计算机的数据处理压力。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明一种可重构的拓扑式实时图像处理系统的原理框图；
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0017] 如图1所示，一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，包括多个图像处理单元、 数据交换控制单元、背板I/O接口板、FPGA网关式后10板和主控计算机，相机通过第一 Camera-Link传输线与FPGA网关式后10板连接；主控计算机分别通过第二Camera-Link 传输线和第一串口总线与FPGA网关式后10板连接。FPGA网关式后10板分别通过多条并 行数据总线和第二串口总线与背板I/O接口板连接。背板I/O接口板分别通过4XPCIe总 线和数据交换控制单元串口总线与数据交换控制单元连接。每一个图像处理单元分别通过 PCIe总线和SATA总线与数据交换控制单元连接，每一个图像处理单元还分别通过图像处 理单元串口总线和4 XSRIO总线与背板I/O接口板连接；数据交换控制单元内设有SATA硬 盘，每一个图像处理单元所对应的SATA总线均与该SATA硬盘连接。
[0018] 主控计算机通过第一串口总线与FPGA网关式后10板进行控制命令的双向通讯， 主控计算机还通过第二Camera-Link传输线从FPGA网关式后10板接收多个图像处理单元 回传来的最终图像数据。相机通过第一 Camera-Link传输线将自身采集到的未经处理的红 外线或可见光图像数据流传送给FPGA网关式后10板。FPGA网关式后10板按照主控计算 机发来的控制命令对未经处理的图像数据流进行分配并分别通过多条并行数据总线将分 配后的图像数据流传输至背板I/O接口板；FPGA网关式后10板还通过第二串口总线与背 板I/O接口板进行控制命令的双向通讯。
[0019] 每一个图像处理单元均可以通过4XSRI0总线从背板I/O接口板上读取未经处 理的图像数据流并对图像进行运算处理，若当前图像处理单元运算处理后的图像数据是需 要其它图像处理单元继续加工的中间图像数据，则当前图像处理单元通过与其对应连接的 PCIe总线将该中间图像数据传送给数据交换控制单元进行缓存，后续的其它图像处理单元 再通过与其对应连接的PCIe总线从数据交换控制单元上读取所需的前述中间图像数据， 并对该中间图像数据进行后续的运算处理。若当前图像处理单元运算处理后的图像数据是 最终图像结果数据，则该图像处理单元通过与其对应连接的SATA总线将该最终图像结果 数据直接传送给数据交换控制单元内的SATA硬盘进行永久储存。
[0020] 图像处理单元顺次通过图像处理单元串口总线、背板I/O接口板、第二串口总线、 FPGA网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若主控计算 机需要对前述当前图像处理单元的最终图像结果进行实时显示，则根据主控计算机发来的 控制命令，当前图像处理单元可以通过与其对应连接的4XSRIO总线将该图像处理单元自 身的图像最终结果实时数据传送给背板I/O接口板，再经与该当前图像处理单元对应的并 行数据总线传送给FPGA网关式后10板，最后，该最终图像结果实时数据再由FPGA网关式 后10板通过第二Camera-Link传输线回传至主控计算机另行进行同步显示或存储。
[0021] 数据交换控制单元顺次通过数据交换单元串口总线、背板I/O接口板、第二串口 总线、FPGA网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若主控 计算机需要调取前述SATA硬盘所存储的最终图像结果历史数据，则根据主控计算机发来 的控制命令，数据交换控制单元可以通过与其对应连接的4XPCIe总线将SATA硬盘所存储 的最终图像结果历史数据传送给背板I/O接口板，再经并行数据总线传送给FPGA网关式后 10板，最后，该最终图像结果历史数据再由FPGA网关式后10板通过第二Camera-Link传输 线回传至主控计算机另行进行显示或存储。
[0022] 多条并行数据总线中的一条与数据交换控制单元对应，其余多条与多个图像处理 单元一一对应。4XPCIe总线可以由常规网线代替。
[0023] 多个图像处理单元包括现图像拼接单元、图像配准融合单元、图像增强单元、图像 去雾单元和图像目标检测单元。
[0024] FPGA网关式后10板采用可写Altera公司的StratixII系列或更大规模的FPGA 并与10板集成。
【权利要求】
1. 一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，其特征在于：该系统包括多个图像处理单 元、数据交换控制单元、背板I/O接口板、FPGA网关式后10板和主控计算机，相机通过第一 Camera-Link传输线与FPGA网关式后10板连接；主控计算机分别通过第二Camera-Link 传输线和第一串口总线与FPGA网关式后10板连接；FPGA网关式后10板分别通过多条并 行数据总线和第二串口总线与背板I/O接口板连接；背板I/O接口板分别通过4XPCIe总 线和数据交换控制单元串口总线与数据交换控制单元连接；每一个图像处理单元分别通过 PCIe总线和SATA总线与数据交换控制单元连接，每一个图像处理单元还分别通过图像处 理单元串口总线和4 XSRI0总线与背板I/O接口板连接；数据交换控制单元内设有SATA硬 盘，每一个图像处理单元所对应的SATA总线均与该SATA硬盘连接； 所述主控计算机通过第一串口总线与FPGA网关式后10板进行控制命令的双向通讯， 主控计算机还通过第二Camera-Link传输线从FPGA网关式后10板接收多个图像处理单元 回传来的最终图像数据；相机通过第一 Camera-Link传输线将自身采集到的多种未经处理 的图像数据流传送给FPGA网关式后10板；FPGA网关式后10板按照主控计算机发来的控 制命令对未经处理的图像数据流进行分配并分别通过多条并行数据总线将分配后的图像 数据流传输至背板I/O接口板；FPGA网关式后10板还通过第二串口总线与背板I/O接口 板进行控制命令的双向通讯； 所述每一个图像处理单元均可以通过4 X SRI0总线从背板I/O接口板上读取未经处理 的图像数据流并对图像进行运算处理，若所述当前图像处理单元运算处理后的图像数据是 需要其它图像处理单元继续加工的中间图像数据，则当前图像处理单元通过与其对应连接 的PCIe总线将该中间图像数据传送给数据交换控制单元进行缓存，后续的其它图像处理 单元再通过与其对应连接的PCIe总线从数据交换控制单元上读取所需的前述中间图像数 据，并对该中间图像数据进行后续的运算处理；若当前图像处理单元运算处理后的图像数 据是最终图像结果数据，则该图像处理单元通过与其对应连接的SATA总线将该最终图像 结果数据直接传送给数据交换控制单元内的SATA硬盘进行永久储存； 图像处理单元顺次通过图像处理单元串口总线、背板I/O接口板、第二串口总线、FPGA 网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若主控计算机需 要对前述当前图像处理单元的最终图像结果进行实时显示，则根据主控计算机发来的控制 命令，当前图像处理单元可以通过与其对应连接的4XSRI0总线将该图像处理单元自身的 图像最终结果实时数据传送给背板I/O接口板，再经与该当前图像处理单元对应的并行数 据总线传送给FPGA网关式后10板，最后，该最终图像结果实时数据再由FPGA网关式后10 板通过第二Camera-Link传输线回传至主控计算机另行进行同步显示或存储； 所述数据交换控制单元顺次通过数据交换单元串口总线、背板I/O接口板、第二串口 总线、FPGA网关式后10板和第一串口总线与主控计算机进行控制命令的双向通讯，若主控 计算机需要调取前述SATA硬盘所存储的最终图像结果历史数据，则根据主控计算机发来 的控制命令，数据交换控制单元可以通过与其对应连接的4XPCIe总线将SATA硬盘所存储 的最终图像结果历史数据传送给背板I/O接口板，再经并行数据总线传送给FPGA网关式后 10板，最后，该最终图像结果历史数据再由FPGA网关式后10板通过第二Camera-Link传输 线回传至主控计算机另行进行显示或存储。
2. 如权利要求1所述的一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，其特征在于：所述多 条并行数据总线中的一条与数据交换控制单元对应，其余多条与多个图像处理单元一一对 应。
3. 如权利要求1所述的一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，其特征在于：所述多 个图像处理单元包括现图像拼接单元、图像配准融合单元、图像增强单元、图像去雾单元和 图像目标检测单元。
4. 如权利要求1所述的一种可重构的拓扑式实时图像处理系统，其特征在于：所述 4XPCIe总线可以由常规网线代替。
【文档编号】H04N5/76GK104065905SQ201410314098
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】朱明 , 陈东成 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所