專利名稱：：基于序列圖像校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于氣動光學(xué)、圖像處理與測量技術(shù)相結(jié)合的交叉科學(xué)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于序列圖像校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評方法與裝置。
背景技術(shù)：
：氣動光學(xué)是研究高速繞流對高速飛行器成像探測的影響及其校正的一門學(xué)科。帶有光學(xué)成像探測系統(tǒng)的高速飛行器在大氣層內(nèi)飛行時，光學(xué)頭罩與來流之間形成復(fù)雜的流場，對光學(xué)成像探測系統(tǒng)造成熱輻射和光線傳輸干擾，引起景物圖像偏移、抖動、模糊，這種效應(yīng)稱為氣動光學(xué)效應(yīng)。高速飛行器搭載的光學(xué)成像探測系統(tǒng)在大氣層內(nèi)飛行時，其光學(xué)頭罩與來流之間發(fā)生劇烈的相互作用將引起周圍大氣的顯著變化組成成份的變化、構(gòu)成密度及密度梯度的變化、氣體溫度及溫度梯度的變化，甚至產(chǎn)生分子電離現(xiàn)象等，形成復(fù)雜的流場，對光學(xué)成像探測系統(tǒng)造成熱、熱輻射和圖像傳輸干擾，引起圖像偏移、抖動、模糊等氣動光學(xué)效應(yīng)。氣動光學(xué)效應(yīng)包括高速流場氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)、氣動熱輻射效應(yīng)和光學(xué)頭罩氣動熱效應(yīng)。氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)是指從景物發(fā)出的光波經(jīng)過氣動流場后，由于氣動流場的隨機變化使傳輸光束產(chǎn)生偏折，不均勻介質(zhì)對光能有散射、吸收等現(xiàn)象，最終在飛行器成像系統(tǒng)中反映為圖像模糊、像偏移、聚焦能量的衰減和像抖動等效應(yīng)。氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)一般用像偏移、像模糊、像抖動和能量衰減度等參數(shù)來衡量。上述氣動光學(xué)應(yīng)用問題存在于高速真實氣體流場，光波與流場的相互關(guān)系是十分復(fù)雜的。目前，對這些復(fù)雜的氣動光學(xué)效應(yīng)問題沒有成熟的理論，這意味著所有可適用的研究進展必須依賴于地面風(fēng)洞實驗，在地面上對飛行高速流場進行模擬，從風(fēng)洞驗證實驗測量中采集完整可靠的數(shù)據(jù)。在風(fēng)洞試驗中獲取氣動光學(xué)效應(yīng)序列圖像數(shù)據(jù)，是一種方便實用、經(jīng)濟、有效的試驗方法，為研究氣動光學(xué)效應(yīng)引起的像偏移、像模糊、像抖動的分析預(yù)測提供可靠的測評手段。然而，目前國內(nèi)外公開文獻僅有微觀測量手段的報道，這些基于流場參數(shù)測量的傳統(tǒng)方法從微觀角度對流場參數(shù)進行直接測量，很難建立這些流場參數(shù)對目標(biāo)成像質(zhì)量影響的數(shù)學(xué)模型，也很難建立高速飛行器馬赫數(shù)與氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的關(guān)系和高速飛行器光學(xué)窗口與氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的關(guān)系。因此，不能定量地估計氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響。氣動光學(xué)傳輸宏觀效應(yīng)(包括點擴展函數(shù)PSF、光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)MTF、Strehl比、抖動范圍、抖動頻率等)的定量測量和評價目前還缺乏手段和措施。目前，公開文獻中用于氣動光學(xué)測量的方法主要有以下幾種形式。1.流場顯示的紋影方法和陰影方法；紋影和陰影方法能顯示透明介質(zhì)中折射率的微小變化。紋影方法歸結(jié)為測量折射率變化的一階導(dǎo)數(shù)；而陰影方法測量折射率變化的二階導(dǎo)數(shù)。其得到的圖像記錄是空間、時間的積分過程。(見文獻l:Beams.JW.ShadowandSchlierenMethods.In"PhysicalMeasurementsinGasDynamicsandCombustion，，(R.W丄adenburg)PrincetonunivPress,NewJersey,1954)2.流場顯示測量的激光光片散射方法；用激光光片切割流場的光學(xué)散射方法，瞬時顯示被切割的平面，得到流場信息。激光光片散射方法有平面米氏微粒散射法和平面瑞利分子散射法兩種。(見文獻2:DyerT.M.RayleighScatteringMeasurementsofTime—ResolvedConcentrationinaTurbulentPropaneJet.AIAAJ.17(8)，912-914，1979)3.流場密度分布測量的干涉方法；流場密度分布測量的干涉方法是以光波干涉原理為基礎(chǔ)的測量技術(shù)。干涉圖中的干涉條紋是干涉測量得到的信息載體，反映了兩路不同路徑的光束傳輸過程的光程差。干涉方法有雙光束干涉法、點衍射干涉法、全息干涉法和剪切干涉法。(見文獻3:BachaloWD.OpticalInterferometerinFluidDynamicsResearch.OpticalEngineering,Vol.24，No.3，May1985)4.波面?zhèn)鞲衅鞣椒ǎ徊鎮(zhèn)鞲衅魇怯糜跍y量入射光束的波面(或相位)的一種光學(xué)探頭，當(dāng)具有平面波面的光通過流場時，由流場密度或氣流溫度變化將影響總的光程和光波相位，從測量波面變形來分析流場的變化。用波面?zhèn)鞲衅鳒y量光波的兩個參數(shù)輻照分布和波面相位分布。用波面?zhèn)鞲衅鳒y量的數(shù)據(jù)計算點擴展函數(shù)，是一種流場特性的非接觸測量方法。波面?zhèn)鞲衅鲗τ诔跫壪癫钅芫_測量波面，從而計算點擴展函數(shù)，對于氣動光學(xué)高瞬態(tài)流場產(chǎn)生的像差與初級像差不同，導(dǎo)致很大的散射角，使點擴展函數(shù)大大下降。(見文獻4:NealD.R.，0'HernT.J.，TorczyanskiJ.R.，WarrenM.E.andShulR.，"WavefrontSensorsforOpticalDiagnosticsinFluidMechanics-ApplicationstoHeatedFlows,TurbulenceandDropletEvaporation,，，OpticalDiagnosticsinFluidandThermalFlows,SPIE，Vol.2005，1993)上述方法主要測量流場參數(shù)，很難建立這些參數(shù)對景物成像質(zhì)量影響的數(shù)學(xué)模型。目前文獻中公開的點擴展函數(shù)的測量計算方法利用波面?zhèn)鞲衅鳒y量流場引入的像差數(shù)目前，公開文獻中用于驗證圖像校正方法的計算系統(tǒng)主要有以下幾種形式。1.高性能單機計算機系統(tǒng)；高性能單機計算機系統(tǒng)是圖像校正算法仿真實現(xiàn)最常用的平臺，優(yōu)點是單機系統(tǒng)簡單易用，成本低廉，缺點是計算性能有限，完成復(fù)雜校正耗時長，仿真周期長。2.基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的微機多節(jié)點系統(tǒng)；基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多機系統(tǒng)克服單機系統(tǒng)計算性能有限的缺點，使用多臺高性能計算機組成多機系統(tǒng)進行校正算法的仿真實現(xiàn)，如文獻5:"ParallelImageRestorationwithDomainDecomposition"("Real-timeImaging"雜志2001年第7期)中提及的由9臺Sun工作站(3臺Ultra30，3臺Sparc20和3臺Sparc10)組成的多機系統(tǒng)，工作站通過10Mbps以太網(wǎng)互連；以及CrayT3E/1200系統(tǒng)，使用了128個DECAlpha21164處理器連接成三維網(wǎng)絡(luò)。多機通過10/100Mbps以太網(wǎng)互連，用于圖像校正。優(yōu)點是計算性能得到提高，缺點是系統(tǒng)復(fù)雜龐大，集成度不高，由于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信帶寬瓶頸，多機并行效率不高，并且不能接收外部相機數(shù)據(jù)直接輸入，不能進行實時校正評估。上述計算方法適用于高速流場退化圖像的離線復(fù)原和校正，攜帶不便，不能實現(xiàn)實時校正，不便攜帶到實驗場地上。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種基于序列圖像數(shù)字校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，用于在線和離線氣動光學(xué)效應(yīng)數(shù)字測評試驗平臺，既可用于現(xiàn)場氣動光學(xué)效應(yīng)風(fēng)洞試驗測評，還可對高速飛行器實際飛行過程的氣動光學(xué)效應(yīng)離線測評以及實驗室氣動光學(xué)效應(yīng)仿真研允。本發(fā)明提供的一種基于序列圖像數(shù)字校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于裝置包括上位機、多功能圖像采集控制卡、并行數(shù)字信號協(xié)處理卡；其中上位機與多功能圖像采集控制卡通過高速外部設(shè)備接口總線互聯(lián)，多功能圖像采集控制卡與并行數(shù)字信號協(xié)處理卡通過板間對外擴展接口互聯(lián)；上位機包括控制模塊，控制模塊控制測評裝置完成以下任務(wù)①實現(xiàn)人機交互，接收用戶輸入的各種控制命令及算法運行所需的配置參數(shù)；②向多功能圖像采集控制卡轉(zhuǎn)發(fā)控制命令及配置參數(shù)；③向多功能圖像采集控制卡發(fā)送圖像源數(shù)據(jù)；④接收多功能圖像采集控制卡傳回的測評結(jié)果并送給顯示模塊；⑤實時監(jiān)視多功能圖像采集控制卡及并行數(shù)字信號協(xié)處理卡的工作狀態(tài)并將其反饋到用戶界面；多功能圖像采集控制卡包括二個由高速總線接口實現(xiàn)互聯(lián)的主控制節(jié)點和從控制節(jié)點；主控制節(jié)點完成以下任務(wù)①從上位機接收控制命令、算法參數(shù)、圖像源數(shù)據(jù)；②完成自身命令解釋譯碼；③向從控制節(jié)點及其它計算節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)控制命令和圖像源數(shù)據(jù)；從控制節(jié)點完成以下任務(wù)①接收主控制節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的控制命令和圖像數(shù)據(jù)；②完成自身命令解釋譯碼；③完成測評指標(biāo)的計算和評估；并行數(shù)字信號協(xié)處理卡包括N片由高速總線實現(xiàn)互聯(lián)的計算節(jié)點，N^1;其中一片為主計算節(jié)點，其余為從計算節(jié)點；主計算節(jié)點完成以下任務(wù)①接收多功能圖像采集控制卡上由主控制節(jié)點發(fā)送的算法參數(shù)和配置命令并向其它從計算節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)；②完成該計算節(jié)點自身算法固化軟件包的卸載與更新；③完成該計算節(jié)點自身的計算處理；④接收各個從計算節(jié)點傳回的計算結(jié)果并進行結(jié)果圖像的合并；從計算節(jié)點完成以下任務(wù)①接收主計算節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的算法參數(shù)及圖像源數(shù)據(jù)；②完成該計算節(jié)點算法固化軟件包的卸載與更新；③完成該計算節(jié)點自身的計算處理；④向主計算節(jié)點回傳計算處理結(jié)果。本發(fā)明能夠?qū)鈩庸鈱W(xué)傳輸效應(yīng)所引起的退化圖像進行校正并計算估計相應(yīng)的點擴展函數(shù)。利用校正圖像和點擴展函數(shù)來計算一系列的測評指標(biāo)，用于對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)綜合測量和分析。本發(fā)明不僅用于現(xiàn)場氣動光學(xué)效應(yīng)風(fēng)洞試驗測評中，而且能對高速飛行器實際飛行過程的氣動光學(xué)效應(yīng)離線測評以及實驗室氣動光學(xué)效應(yīng)仿真研究。因此，該測評裝置既可從序列圖像中測量和估計氣動光學(xué)效應(yīng)對成像的影響，也可離線測量估計高速飛行器的氣動光學(xué)效應(yīng)。針對測評方法設(shè)計的測評裝置采取了基于"上位機+多功能圖像采集控制卡+并行數(shù)字信號協(xié)處理卡"的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)算法的復(fù)雜度和實時性的要求對硬件裝置進行擴展，具有多通道數(shù)據(jù)源獲取、可擴展性強以及實時性高等優(yōu)點。6和以往傳統(tǒng)
背景技術(shù)：
相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點是1.提出了一種基于序列圖像校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的測評方法。主要用來在線和離線測評高速流場產(chǎn)生的氣動光學(xué)效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響。本發(fā)明通過圖像校正方法估計校正圖像和點擴展函數(shù)，定量測評氣動光學(xué)效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響，進而對氣動光學(xué)效應(yīng)嚴重程度進行測量。本裝置可以對氣動光學(xué)效應(yīng)引起的成像模糊、偏移、抖動等進行有效性的測評。氣動光學(xué)效應(yīng)測評指標(biāo)主要包括以下幾項圖像模糊度、能量集中度、點擴展函數(shù)(PSF)支撐域、斯特列爾比Strehl、偏移量、抖動指標(biāo)。2.針對裝置結(jié)構(gòu)，提出了氣動光學(xué)效應(yīng)數(shù)字并行校正方法包括空間分塊并行校正、二維抽樣并行校正和并行迭代校正?？臻g分塊校正方法可將圖像分成互有重疊的若干子塊，同時對各個子塊進行并行快速處理，避免了傳統(tǒng)分塊處理的邊界效應(yīng)。二維抽樣并行校正方法利用空間抽樣的方式，對整幅圖像進行抽樣，從而將整幅圖像分成若干個子塊，以便進行并行快速處理。并行迭代校正方法將校正算法中的傳統(tǒng)流水式迭代過程變成點擴展函數(shù)估計和校正圖像估計并行迭代過程，以提高處理效率。3.氣動光學(xué)效應(yīng)測評裝置高效靈活的控制與處理結(jié)構(gòu)測評裝置采用基于"上位機+多功能圖像采集控制卡+并行數(shù)字信號協(xié)處理卡"的結(jié)構(gòu)。解決了現(xiàn)有的高性能單機計算機系統(tǒng)以及基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多機系統(tǒng)在氣動光學(xué)試驗過程中存在的不便于攜帶以及不具有嵌入式實時校正的仿真驗證功能和算法更新功能的問題，其驗證的最終結(jié)果可直接用于氣動光學(xué)退化圖像校正算法的研究。利用高性能的并行數(shù)字信號協(xié)處理卡進行處理，克服了現(xiàn)有氣動光學(xué)效應(yīng)驗證裝置計算性能有限，完成校正計算耗時長，仿真周期長的缺點，大大縮短了做氣動光學(xué)效應(yīng)測評前期所需要的模擬仿真功能的時間。在非風(fēng)洞采集的情況下可以使用現(xiàn)有的退化圖像對所設(shè)計算法的功能和效果進行快速驗證。該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的基于多臺高性能計算機組成的多機系統(tǒng)相比，其體積和功耗與多機系統(tǒng)相比大大減小，結(jié)構(gòu)也較基于多臺高性能計算機組成的多機系統(tǒng)簡化，在進行風(fēng)洞試驗時易于攜帶和安裝調(diào)試，縮短了架設(shè)試驗設(shè)備的時間。由于其使用專用的嵌入式高性能數(shù)字信號處理器進行校正處理，研究成果還可直接用于研制嵌入式校正系統(tǒng)。測評裝置具有獲取不同類型圖像源數(shù)據(jù)的功能。包括來自本地硬盤存儲器的圖像源數(shù)據(jù)、來自網(wǎng)絡(luò)環(huán)境圖像源數(shù)據(jù)；利用模擬相機采集得到的圖像源數(shù)據(jù)及利用數(shù)字相機采集得到的圖像源數(shù)據(jù)。用戶能夠通過基于該裝置的軟件控制平臺對數(shù)據(jù)源進行選擇控制。使得本裝置可以適應(yīng)多種數(shù)據(jù)來源的圖像采集和處理。圖1是本發(fā)明中測評方法的處理流程圖2是空間分塊并行校正的處理流程圖3是空間褶疊分塊(四塊)原理圖；圖4是基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法的處理流程圖5是二維抽樣并行校正的處理流程圖6是二維抽樣校正原理圖7是并行迭代校正的處理流程圖；圖8是風(fēng)洞退化圖像序列。其中，圖8(a)風(fēng)洞退化序列圖像(序號l);圖8(b)風(fēng)洞退化序列圖像(序號2);圖8(c)風(fēng)洞退化序列圖像(序號3);圖8(d)風(fēng)洞退化序列圖像(序號4);圖8(e)風(fēng)洞退化序列圖像(序號5);圖8(f)校正圖像；圖8(g)裝置估計出的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)PSF(序號1);圖8(h)裝置估計出的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)PSF(序號2);圖8(i)裝置估計出的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)PSF(序號3);圖8(j)裝置估計出的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)PSF(序號4);圖8(k)裝置估計出的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)PSF(序號5);圖8(1)PSF橫向中心剖面曲線(序號1);圖8(m)PSF縱向中心剖面曲線(序號1);圖8(n)PSF橫向中心剖面曲線(序號2);圖8(o)PSF縱向中心剖面曲線(序號2);圖8(p)PSF橫向中心剖面曲線(序號3);圖8(q)PSF縱向中心剖面曲線(序號3);圖8(r)PSF橫向中心剖面曲線(序號4);圖8(s)PSF縱向中心剖面曲線(序號4);圖8(t)PSF橫向中心剖面曲線(序號5);圖8(u)PSF縱向中心剖面曲線(序號5);圖9是本發(fā)明測評方法的數(shù)據(jù)流程圖。圖10是本發(fā)明測評裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖11是本發(fā)明測評裝置詳細結(jié)構(gòu)框圖。圖12是本發(fā)明測評裝置內(nèi)部模塊調(diào)用層次關(guān)系圖。圖13是裝置進行流水式迭代計算數(shù)據(jù)流圖。圖14是裝置進行并行式迭代計算數(shù)據(jù)流圖。圖15是本發(fā)明測評裝置工作流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明測評方法包括以下步驟(1)采集氣動光學(xué)試驗圖像g(x，y)，(x，y)分別表示圖像高度和寬度方向上的象素坐標(biāo)；采集到的圖像可以是風(fēng)洞試驗中獲取的氣動光學(xué)效應(yīng)序列圖像數(shù)據(jù)，或者是利用高速飛行器在高速飛行過程中搭載成像探測器來獲得的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。(2)對采集到的氣動光學(xué)試驗圖像g(x，y)進行校正；對采集到的氣動光學(xué)試驗圖像g(x，y)利用圖像校正算法來估計未知的基準(zhǔn)圖像f(x，y)和點擴展函數(shù)h(x，y)。估計出的校正圖像和點擴展函數(shù)分別用/"力禾P《(;^)表示。本發(fā)明利用以下三種并行校正方法(a)空間分塊并行校正方法結(jié)合附圖2，空間分快并行校正的詳細步驟為a.1將待校正的氣動光學(xué)試驗圖像g(x，y)分成四個子塊，子塊的尺寸為2的冪次方，并使子塊之間互相有重疊的區(qū)域；由于圖像處理中所使用的傅立葉變換是基于全圖的，相鄰象素之間存在著緊密的聯(lián)系，因此，為了降低子塊拼接處象素灰度突變而引起的邊界效應(yīng)，將圖像分成褶疊的四8塊，使子塊之間互相有重疊的區(qū)域。同時，為了能夠利用快速傅立葉變換，子塊的尺寸應(yīng)為2的冪次方，因此，各個子塊相對于重疊區(qū)域應(yīng)去掉相同寬度的邊界。在保證子塊的尺寸為2的冪次方的前提下，使子塊之間重疊的區(qū)域盡量的小。將圖像空間褶疊分塊為四塊的原理圖見附圖3。a.2對圖像的四個子塊分別應(yīng)用基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法進行處理，得到四個子塊的校正圖像和點擴展函數(shù)；結(jié)合附圖4，基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法的處理步驟為①設(shè)定迭代次數(shù)，本算法包括兩個內(nèi)循環(huán)和一個外循環(huán)，兩個內(nèi)循環(huán)分別為計算點擴展函數(shù)循環(huán)(迭代次數(shù)設(shè)定為M-)和計算校正圖像循環(huán)(迭代次數(shù)設(shè)定為M。bj)，外循環(huán)迭代次數(shù)設(shè)定為N。。Mpsf—般取1-50，M。bj—般取1-10，N。一般取10-50。設(shè)定校正圖像和點擴展函數(shù)的初始值，校正圖像和點擴展函數(shù)的初始值可以設(shè)定為全1的矩陣。令n=0，m=0，k=0，n表示外循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)，m表示點擴展函數(shù)循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。k表示校正圖像循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。②循環(huán)迭代計算點擴展函數(shù)。根據(jù)下式迭代計算點擴展函數(shù)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，g(x，y)表示采集到的氣動光學(xué)試驗圖像，&^4O,力表示本次迭代的點擴展函數(shù)，人,M"力和&M"力分別表示上次迭代計算出來的校正圖像和點擴展函數(shù)，0表示巻積運算，參表示相關(guān)運算，*表示點乘。③判斷m是否小于Mpsf，如果是，令m=m+l，然后轉(zhuǎn)入步驟②；否則進入步驟④④循環(huán)迭代計算校正圖像。根據(jù)下式迭代計算校正圖像其中，g(x，y)表示采集到的氣動光學(xué)試驗圖像，/^+i(x，力表示本次迭代的校正圖像，i^"力和、A",力分別表示上次迭代計算出來的校正圖像和點擴展函數(shù)，⑤判斷k是否小于M。bj，如果是，令k=k+l，然后轉(zhuǎn)入步驟④；否則進入步驟⑥⑥令n=n+l，判斷n是否小于N。，如果是，然后轉(zhuǎn)入步驟②；否則計算完成。本發(fā)明中用到的基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法更為詳細說明可見文獻6:洪漢玉，張?zhí)煨虻?氣動光學(xué)效應(yīng)退化圖像循環(huán)迭代復(fù)原算法研究，華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版))，2005，33(9):15-18.]a.3對步驟a.2估計出的四個子塊的校正圖像和點擴展函數(shù)進行拼接，形成和原始待校正圖像空間大小相同的校正圖像和點擴展函數(shù)。a.4對步驟a.3拼接出的校正圖像和點擴展函數(shù)進行平滑處理，得到校正圖像/(;c，力和點擴展函數(shù)《(jc，力。平滑處理可以利用低通濾波的方法。(b)二維抽樣并行校正方法結(jié)合附圖5，二維抽樣并行校正的詳細步驟為b.1利用空間抽樣的方式，將采集到的氣動光學(xué)試驗圖像g(x，y)以2為抽樣間隔進行抽樣，得到4個子塊。具體抽樣方式為分別取位于偶數(shù)行和偶數(shù)列的象素組成第一個子塊，取位于偶數(shù)行和奇數(shù)列的象素組成第二個子塊，取位于奇數(shù)行和偶數(shù)列的象素組成第三個子塊，取位于奇數(shù)行和奇數(shù)列的象素組成第四個子塊。b.2對圖像的4個子塊分別應(yīng)用基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法進行處理；b.3對步驟a.2估計出的4個子塊的校正圖像和點擴展函數(shù)進行拼接，得到校正圖像/(x,力和點擴展函數(shù)《(x,力。拼接是步驟b.1的逆過程，具體方式為將步驟b.2估計出的4個子塊按各象素在整圖中的位置填充回整圖，形成校正后的圖像。二維抽樣校正原理見附圖6。圖6中，數(shù)字1代表奇數(shù)行奇數(shù)列象素，數(shù)字2代表奇數(shù)行偶數(shù)列象素，數(shù)字3代表偶數(shù)行奇數(shù)列象素，數(shù)字4代表偶數(shù)行偶數(shù)列象素。(c)并行迭代校正方法如圖7所示，并行迭代校正方法包括以下步驟(cl)設(shè)定迭代次數(shù)Mpsf、M。bj、N。，Mpsf為計算點擴展函數(shù)的迭代次數(shù)，M。bj為計算校正圖像的迭代次數(shù)，N。為外循環(huán)的迭代次數(shù)；并設(shè)定校正圖像和點擴展函數(shù)的初始值；令n=0，m=0，k=0，n表示外循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)，m表示點擴展函數(shù)循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。k表示點擴展函數(shù)循環(huán)迭代已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)。(c2)同時進行過程(F)和過程(G);過程(F):按照下述步驟迭代計算點擴展函數(shù)；(Fl)根據(jù)下式迭代計算點擴展函數(shù)V附+i(X，力二(》，g、(二)，、)",力^*附"力其中，g(x，y)表示采集到的氣動光學(xué)試驗圖像，、^(x,力表示本次迭代的點擴展函數(shù)，入m"力和、附"力分別表示上次迭代計算出來的校正圖像和點擴展函數(shù)；(F2)判斷m是否小于M-，如果是，令m=m+l，然后轉(zhuǎn)入步驟(Fl);否則進入步驟(c3)過程(G):按照下述步驟迭代計算校正圖像(Gl)根據(jù)下式迭代計算校正圖像/,fc+i(x,力=<((》，,~:)《",it(x，力[*0,力其中，g(x，y)表示采集到的氣動光學(xué)試驗圖像，入廁(;c,;;)表示本次迭代的校正圖像，/"^0,力和^a"力分別表示上次迭代計算出來的校正圖像和點擴展函數(shù)，(G2)判斷k是否小于M。bj，如果是，令k=k+l，然后轉(zhuǎn)入步驟(Gl);否則進入步驟10(c3)(c3)判斷過程(F)和(G)是否均已完成，如果是，進入步驟(C4)，否則等待，直至過程(F)和(G)均已完成，再進入步驟(c4);(c4)令n二n+l，判斷n是否小于N。，如果是，然后轉(zhuǎn)入步驟(c2);否則計算完成。(3)對步驟(2)得到的校正圖像/0，力和點擴展函數(shù)^c，力進行計算，得到測評指標(biāo)。利用估計的基準(zhǔn)圖像/(x,y)、估計的點擴展函數(shù)^X力和采集到的試驗圖像g(x，y)來計算測評指標(biāo)。測評指標(biāo)包括圖像模糊度、能量集中度、點擴展函數(shù)支撐域、斯特列爾比(Strehl比)、偏移量和抖動范圍。各測評指標(biāo)的定義及計算方法如下(a)計算圖像模糊度對于一個給定的灰度圖像，對圖像模糊度的計算過程如下a.1對整幅圖進行1層哈爾(Harr)離散小波分解；對待評價圖像進行一層Haar小波變換后得到了低頻分量矩陣LL、水平細節(jié)分量矩陣HL、垂直細節(jié)分量矩陣LH和對角細節(jié)分量矩陣HH。3.2根據(jù)下式對對角細節(jié)分量矩陣朋計算得到|HH|CTav;,max—)_min—)a.3遍歷|HH|gMy中每個像素，判斷是否是模糊邊緣特征點，記錄模糊邊緣特征點的數(shù)目Ne;同時記錄|HH|gMy中灰度值大于零的象素點的數(shù)目Nn。nzCT。。模糊邊緣特征點是指某一象素點的八鄰域內(nèi)的象素點的值都與該象素點的值相等的象素點。1a.4確定全圖的模糊度為Db:"「小。峰值，ymi(b)能量集中度定義原始圖像與基準(zhǔn)圖像的能』y丄附?！?amp;t集中度Ym。為h。為基準(zhǔn)圖像指定區(qū)域上的象素峰值；hm為原始圖像指定區(qū)域上的象素峰值。(c)點擴展函數(shù)(PSF)支撐域點擴展函數(shù)(PSF)支撐域(即有效范圍)是指點擴展函數(shù)為非零值的區(qū)域的大(d)斯特列爾比(Strehl比)Strehl比的定義式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中，P,表示校正圖像(或原始采集圖像)相對于基準(zhǔn)圖像的PSF能jx表示成像系統(tǒng)衍射PSF能量歸一化后峰值。(e)偏移量:歸一化后偏移量是校正圖像中景物目標(biāo)相對于基準(zhǔn)圖像中景物目標(biāo)的灰度質(zhì)心偏移象素。景物目標(biāo)的灰度質(zhì)心定義為W，Wj=(/,力e7^y=('V)er*_式中，i和j表示圖像的象素坐標(biāo)，I(i，j)表示圖像中(i，j)象素處的灰度值，S，表示景物目標(biāo)象素灰度值之和。X。為圖像寬度方向上的質(zhì)心，Y。為圖像高度方向上的質(zhì)心。Tk表示整個圖像區(qū)域。校正圖像/(x，力的質(zhì)心與基準(zhǔn)圖像f(x，y)的質(zhì)心之差即為偏移量。圖像高度方向上的偏移量用、表示，圖像寬度方向上的偏移量用Sy表示。(f)抖動指標(biāo)抖動指標(biāo)的計算對象為采集到的多幀原始圖像和校正后的多幀圖像。抖動指標(biāo)包括偏移量的均值和抖動范圍。偏移量的均值A(chǔ)-+IX/^=+2X其中，Sx，Sy是每幀圖像在x(寬度)和y(高度)方向上的偏移量，N為總的幀數(shù)。抖動范圍表示序列圖像相對于基準(zhǔn)圖像在x(寬度)和y(高度)方向上偏移的最大值與最小值之差。(最大范圍)(4)氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)綜合測評與分析。步驟(3)計算的一系列測評指標(biāo)用來對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)進行綜合測評與分析。(a)利用圖像模糊度對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的嚴重程度進行分析；模糊度表征了圖像的模糊程度，模糊度越大表明采集到的原始圖像越模糊，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響越嚴重。一般可以認為當(dāng)模糊度小于O.1時，圖像比較清晰，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響較弱；當(dāng)模糊度大于0.1小于0.2時，圖像存在一定程度模糊，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量有一定的影響；當(dāng)模糊度大于0.2時，圖像的模糊程度比較大，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響比較嚴重。(b)利用能量集中度對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響進行分析；圖像的能量集中度反映了指定象素點處的能量集中程度，在景物目標(biāo)象素點位置，圖像的能量集中度越小，表明景物目標(biāo)的能量越擴散，成像質(zhì)量越差，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響越嚴重。一般可以認為當(dāng)圖像的能量集中度小于0.5時，景物目標(biāo)的能量有較大擴散，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響很嚴重；當(dāng)圖像的能量集中度大于0.5小于0.85時，景物目標(biāo)的能量有一定擴散，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像有一定的影響；當(dāng)模糊度大于O.85時，景物目標(biāo)的能量有輕微擴散，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像影響較弱。(c)利用點擴展函數(shù)(PSF)的支撐域?qū)鈩庸鈱W(xué)傳輸效應(yīng)的嚴重程度進行分析；點擴展函數(shù)(PSF)的支撐域越大，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響越嚴12重。一般可以認為當(dāng)點擴展函數(shù)(PSF)支撐域的有效范圍小于7X7象素時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響較弱；當(dāng)點擴展函數(shù)(PSF)支撐域的有效范圍大于7X7小于21X21時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量有一定的影響；當(dāng)點擴展函數(shù)(PSF)支撐域的有效范圍大于21X21時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響比較嚴重。以附圖8中風(fēng)洞退化圖像序列及其校正結(jié)果為例進行說明對應(yīng)于圖8(a)的點擴展函數(shù)圖8(g)的支撐域的有效范圍大約為15X15象素，可以認為氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對圖8(a)的成像有一定影響。對應(yīng)于圖8(b)(e)的點擴展函數(shù)的圖8(h)(k)的支撐域的有效范圍均大約為80X80象素，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對圖8(b)(e)的成像影響比較嚴重。(d)利用斯特列爾比對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的嚴重程度進行分析；斯特列爾比的值，反映了原始圖像(或校正圖像)相對于基準(zhǔn)圖像的點擴展函數(shù)與成像系統(tǒng)衍射的點擴展函數(shù)的偏離程度，其值越大，兩者越接近，反之，兩者越偏離。當(dāng)斯特列爾比(Strehl比)的值較小時，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響較嚴重。一般可以認為當(dāng)斯特列爾比小于0.4時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響比較嚴重；當(dāng)斯特列爾比大于0.4小于0.7時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量有一定的影響；當(dāng)斯特列爾比大于0.7時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對成像質(zhì)量的影響較弱。(e)利用景物目標(biāo)的偏移量對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響進行分析；偏移量越大表明采集到的試驗圖像中的景物目標(biāo)越偏離基準(zhǔn)圖像中的景物目標(biāo)，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響較越嚴重。一般可以認為當(dāng)圖像的偏移量小于2個象素時，景物目標(biāo)成像偏離較小，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響較微弱；當(dāng)圖像的偏移量大于2個象素小于5個象素時，景物目標(biāo)成像有一定偏離，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像有一定的影響；當(dāng)圖像的偏移量大于5個象素時，景物目標(biāo)成像有較大偏離，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像影響輕微。(f)利用抖動指標(biāo)對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)序列圖像成像的影響進行分析；抖動指標(biāo)是對圖像序列中景物目標(biāo)的統(tǒng)計測量，其值越大表明原始圖像序列中的景物目標(biāo)越偏離基準(zhǔn)圖像中的景物目標(biāo)，說明氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對序列圖像成像質(zhì)量的影響越嚴重。抖動指標(biāo)以偏移量(象素)為單位。一般可以認為當(dāng)圖像序列的偏移量的均值小于1個象素，抖動范圍小于3個象素時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響很微弱；當(dāng)圖像序列的偏移量的均值大于1個象素小于3個象素時，抖動范圍大于3個小于5象素時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像有一定的影響；當(dāng)圖像序列的偏移量的均值大于3個象素，抖動范圍大于5個象素時，氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)對景物目標(biāo)成像的影響比較嚴重?；谛蛄袌D像校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)的測評方法的數(shù)據(jù)流程圖見附圖9。采集到氣動光學(xué)試驗圖像經(jīng)校正處理后得到估計的原圖像和點擴展函數(shù)，估計的原圖像和點擴展函數(shù)與采集的試驗圖像一起被用來計算得到一系列的測評指標(biāo)，得到的測評指標(biāo)用來對氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)進行綜合測評與分析。實現(xiàn)上述測評方法的裝置如附圖10所示，包括上位機1、多功能圖像采集控制卡2(以下簡稱控制卡2)、并行數(shù)字信號協(xié)處理卡3(以下簡稱協(xié)處理卡3)。其中上位機1與控制卡2通過高速外部設(shè)備接口總線互聯(lián)，控制卡2與協(xié)處理卡3通過板間對外擴展接口互聯(lián)；協(xié)處理卡3可以以級聯(lián)的方式與更多協(xié)處理卡互聯(lián)，從而可以靈活控制測評裝置的并行計算能力以適應(yīng)不同算法的計算時間復(fù)雜度，以達到測評裝置計算處理的實時性要求。上位機1通常為性能穩(wěn)定、存儲容量大、外設(shè)接口豐富的服務(wù)器。上位機1主要包括控制模塊4，控制模塊4控制測評裝置完成以下任務(wù)(a)實現(xiàn)人機交互，接收用戶輸入的各種控制命令及算法運行所需的配置參數(shù)；(b)向控制卡2轉(zhuǎn)發(fā)控制命令及配置參數(shù)；(C)向控制卡2發(fā)送圖像源數(shù)據(jù)；(d)接收控制卡2傳回的測評結(jié)果并送給顯示模塊；(e)實時監(jiān)視控制卡2及協(xié)處理卡3的工作狀態(tài)并將狀態(tài)反饋到用戶界面。控制卡2包括二個由高速總線接口實現(xiàn)互聯(lián)的控制節(jié)點5A、5B。其中控制節(jié)點5A為主控制節(jié)點，控制節(jié)點5B為從控制節(jié)點。主控制節(jié)點5A完成以下任務(wù)(a)從上位機1接收控制命令、算法參數(shù)、圖像源數(shù)據(jù)；(b)完成自身命令解釋譯碼；(c)向從控制節(jié)點5B及計算節(jié)點6.16.N轉(zhuǎn)發(fā)控制命令和圖像源數(shù)據(jù)；從控制節(jié)點5B完成以下任務(wù)(a)接收主控制節(jié)點5A轉(zhuǎn)發(fā)的控制命令和圖像數(shù)據(jù)；(b)完成自身命令解釋譯碼；(c)完成測評指標(biāo)的計算和評估；協(xié)處理卡3包括N片由高速總線實現(xiàn)互聯(lián)的計算節(jié)點6.1、6.2...6.N，N^1。針對測量算法計算時間復(fù)雜度大及對浮點計算處理要求高的特點，計算節(jié)點6.1，6.2...6.N可以選用ADI公司的高性能浮點數(shù)字信號處理器TS201。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)計算任務(wù)的復(fù)雜性、實時性等需求靈活選擇計算節(jié)點的數(shù)量N。其中計算節(jié)點6.1為主計算節(jié)點，6.26.N為從計算節(jié)點。主計算節(jié)點6.1完成以下任務(wù)(a)接收控制卡2上由主控制節(jié)點5A發(fā)送的算法參數(shù)和配置命令并向從計算節(jié)點6.26.N進行轉(zhuǎn)發(fā)；(b)完成該計算節(jié)點自身算法固化包的卸載與更新；(c)完成該計算節(jié)點自身的計算處理；(d)接收各個從計算節(jié)點6.26.N傳回的計算結(jié)果并進行結(jié)果圖像的合并；從計算節(jié)點6.26.N完成以下任務(wù)(a)接收主計算節(jié)點6.1轉(zhuǎn)發(fā)的算法參數(shù)及圖像源數(shù)據(jù)；(b)完成該從計算節(jié)點自身算法固化軟件包的卸載與更新；(c)完成該計算節(jié)點自身的計算處理；(d)向主計算節(jié)點6.1回傳計算處理結(jié)果。結(jié)合附圖12，說明本發(fā)明裝置內(nèi)部各個模塊調(diào)用關(guān)系?？刂颇K4將用戶輸入的各種算法參數(shù)及控制命令通過高速外設(shè)接口發(fā)送給主控制節(jié)點5A，主控制節(jié)點5A即對控制命令解釋譯碼，同時向從控制節(jié)點5B轉(zhuǎn)發(fā)該控制命令，從控制節(jié)點5B同時也完成對控制命令的解釋譯碼。根據(jù)控制命令解釋譯碼結(jié)果的不同，各個控制節(jié)點和計算節(jié)點分別完成以下不同的任務(wù)(a)如果命令為"采集圖像"命令，則主控制節(jié)點5A執(zhí)行圖像采集；(b)如果命令為"固化軟件更新"，則計算節(jié)點6.16.N開始進行固化軟件包的卸載與更新過程；(c)如果命令為"進入算法處理"，則控制模塊4開始發(fā)送圖像源數(shù)據(jù)，且計算節(jié)點6.16.N調(diào)用各自的計算處理模塊開始進行圖像計算處理；(d)如果命令為"計算測評指標(biāo)"，則從控制節(jié)點5B完成對主計算節(jié)點6.1回傳的結(jié)果圖像進行測評指標(biāo)的計算。以下以計算節(jié)點數(shù)N=4為例，對上述各部分作進一步詳細的說明。控制模塊4包括命令參數(shù)配置模塊4.1、圖像源數(shù)據(jù)發(fā)送模塊4.2和顯示模塊4.3。命令參數(shù)配置模塊4.1用于實現(xiàn)人機交互，接收用戶發(fā)送的各種算法參數(shù)及控制命令，并通過高速外部設(shè)備接口將算法所需的各種參數(shù)和控制命令發(fā)送給控制卡2。圖像源數(shù)據(jù)發(fā)送模塊4.2用于將存儲在上位機本地硬盤存儲器中的圖像源數(shù)據(jù)以及來自網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的圖像源數(shù)據(jù)流通過與之互聯(lián)的外部設(shè)備接口發(fā)送給控制卡2。顯示模塊4.3用于實時顯示相機采集得到的圖像、本地硬盤存儲器中的圖像、網(wǎng)絡(luò)圖像、測評指標(biāo)計算結(jié)果以及測評裝置工作狀態(tài)信息。主控制節(jié)點5A包括命令解釋譯碼模塊5A.1、多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取模塊5A.2。命令解釋譯碼模塊5A.1完成對上位機1的控制命令的解釋譯碼，同時將命令及控制參數(shù)發(fā)送給從控制節(jié)點5B及計算節(jié)點6.16.4。其任務(wù)如下(a)接收上位機參數(shù)及命令配置模塊4.1發(fā)送的各種算法參數(shù)和控制命令，(b)對控制命令進行解釋譯碼；(c)將算法參數(shù)及控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給從控制節(jié)點5.B及計算節(jié)點6.16.4;(d)根據(jù)譯碼結(jié)果進行算法任務(wù)的調(diào)度和執(zhí)行。以發(fā)送控制命令為例，說明命令解釋譯碼模塊的工作原理。(a)命令解釋譯碼模塊5A.1接收到上位機1發(fā)送的控制命令，讀取控制命令字。(b)查找命令映射表，從表中找到與接收到的命令相同的任務(wù)跳轉(zhuǎn)地址。(c)將該命令同時分發(fā)給從控制節(jié)點5B及計算節(jié)點6.16.4。(d)進行本控制節(jié)點的任務(wù)跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。以發(fā)送算法參數(shù)為例，說明命令解釋譯碼模塊的工作原理。(a)命令解釋譯碼模塊5A.1接收到上位機1發(fā)送的算法配置參數(shù)。(b)將配置參數(shù)通過控制卡的對外擴展接口發(fā)送給協(xié)處理卡3上的計算節(jié)點。模塊5A.1要進行跳轉(zhuǎn)的任務(wù)可能是以下幾種情況之一(a)啟動多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取任務(wù)，開始進行圖像采集，但不進行計算處理。(b)啟動多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取任務(wù)，開始進行圖像采集，同時啟動計算任務(wù)開始計算處理。(c)向協(xié)處理卡3上的各個計算節(jié)點發(fā)送控制命令，通知其啟動固化軟件更新任務(wù)，即進行算法固化軟件包的重新固化更新。(d)停止計算任務(wù)，將測評裝置轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取模塊5A.2為測評裝置的計算處理提供了圖像輸入功能，以獲取不同來源的圖像源數(shù)據(jù)，包括以下幾種(a)來自上位機硬盤存儲器的圖像源數(shù)據(jù)；(b)來自上位機的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的圖像源數(shù)據(jù)；(C)控制卡模擬相機接口采集得到的圖像源數(shù)據(jù)；(d)控制卡數(shù)字相機接口采集得到的圖像源數(shù)據(jù)；其中(a)、(b)為存儲在本地或其它服務(wù)器硬盤存儲器上的數(shù)據(jù)，由上位機通過高速外部總線傳送給控制卡2;(c)、(d)為實時圖像數(shù)據(jù)，由控制卡自身的圖像采集接口輸入。實際運行中，可以利用軟件控制平臺完成數(shù)據(jù)源選擇與切換，當(dāng)需要采集而不用處理時，該模塊僅完成圖像采集任務(wù)，此時的測評裝置可以作為一個圖像采集卡；當(dāng)需要采集并實時處理時，該模塊在采集的同時并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)處理卡3進行處理，此時該裝置能夠完成實時采集、處理和氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評。從控制節(jié)點5B包括命令解釋譯碼模塊5B.1、測評指標(biāo)計算評估模塊5B.2。命令解釋譯碼模塊5B.1的譯碼原理與5A.1相同，主要完成從控制節(jié)點5B自身的命令解釋譯碼任務(wù)，只是其參數(shù)及控制命令是由主控制節(jié)點5A輸入而不是由上位機1輸入。其工作原理如下(a)命令解釋譯碼模塊5B.1接收主控制節(jié)點5A轉(zhuǎn)發(fā)的控制命令，讀取控制命令字。(b)查找命令映射表，從表中找到與接收到的命令相同的任務(wù)跳轉(zhuǎn)地址。(c)進行本控制節(jié)點的任務(wù)跳轉(zhuǎn)，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。模塊5B.1要進行跳轉(zhuǎn)的任務(wù)可能是以下幾種情況之一(a)啟動測評指標(biāo)計算任務(wù)，完成抖動、偏移等測評指標(biāo)的計算。(b)向顯示模塊4.3回傳處理的結(jié)果圖像及測評指標(biāo)的計算結(jié)果。測評指標(biāo)計算評估模塊5B.2的主要任務(wù)如下(a)接收協(xié)處理卡3回傳的計算結(jié)果圖像；(b)對結(jié)果圖像進行測評指標(biāo)的進一步計算，得出測量方法中提出的各種有效指標(biāo)，如校正圖像與退化圖像的質(zhì)心偏移、模糊度、能量集中度等；(c)向上位機1顯示模塊4.3回傳測評指標(biāo)計算結(jié)果。協(xié)處理卡3包括主計算節(jié)點6.1及從計算節(jié)點6.2、6.3、6.4。各主計算節(jié)點及從計算節(jié)點分別包含有一個固化軟件更新模塊和計算模塊。固化軟件更新模塊6.1.1、6.2.1、6.3.1、6.4.1為計算節(jié)點6.1、6.2、6.3、6.4提供了算法固化軟件包的卸載與更新功能。氣動光學(xué)效應(yīng)測評裝置允許將不同的測評方法以軟件包的方式固化到與各計算節(jié)點相對應(yīng)的非易失性存儲器中，在系統(tǒng)上電時引導(dǎo)并加載更新的算法軟件。計算模塊6.1.2、6.2.2、6.3.2、6.4.2將輸入的退化圖像序列進行處理并輸出校正圖像序列。其輸入為退化序列圖像，輸出為經(jīng)計算處理后的校正結(jié)果圖像序列，該校正圖像序列作為下一步進行測評指標(biāo)計算的依據(jù)。其中計算節(jié)點6.1為主計算節(jié)點，計算節(jié)點6.2、6.3、6.4為從計算模塊。主計算節(jié)點6.1接收退化圖像序列并將圖像數(shù)據(jù)分發(fā)給從計算節(jié)點6.2、6.3、6.4，從計算節(jié)點計算處理后將計算結(jié)果傳回主計算節(jié)點6.1進行結(jié)果合并。以計算節(jié)點數(shù)目N=4為例，說明計算模塊的工作原理。附圖13表示了按照基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法計算的流水式迭代方案。計算節(jié)點6.16.4各自分別對一幀模糊圖像按照基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法進行順序式迭代計算，迭代計算結(jié)束后將結(jié)果依次傳回控制卡2。具體步驟如下(1)主計算節(jié)點6.1接收控制卡2的模糊圖像序列S01、S02、S03、S04;(2)主計算節(jié)點將SOI進行暫時保存，同時將S02、S03、S04分發(fā)給從計算節(jié)點6.2、6.3、6.4;(3)計算節(jié)點6.16.4同時按照基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法；(4)迭代結(jié)束后主計算節(jié)點6.1輸出校正圖像R01，從計算節(jié)點6.2、6.3、6.4輸出校正圖像序列R02、R03、R04并傳給主計算節(jié)點6.1;(5)主計算節(jié)點6.1依次將校正圖像R01、R02、R03、R04回傳給控制卡2;(6)重復(fù)步驟(1)(5)。附圖14表示了按照并行迭代校正方法進行計算的并行式迭代方案。其原理是將計算節(jié)點分為兩組，第一組為計算節(jié)點6.1、6.4，第二組為計算節(jié)點6.2、6.3。以第一組為例，計算節(jié)點6.1僅進行PSF計算，計算節(jié)點6.4僅進行OBJ計算，計算節(jié)點6.1、6.4按照并行迭代校正方法同時進行并行式迭代，第二組與第一組工作原理相同，迭代結(jié)束后，由計算節(jié)點6.3、6.4將計算結(jié)果傳回控制卡2。具體步驟如下(1)計算節(jié)點6.1接收控制卡2發(fā)送的模糊圖像序列，設(shè)幀號為S01，同時計算節(jié)點6.2接收控制卡2發(fā)送的模糊圖像序列，設(shè)幀號為S02;(2)計算節(jié)點6.1、計算節(jié)點6.4作為一組按照并行迭代校正方法進行并行式迭代計算，同時計算節(jié)點6.2、6.3作為另一組按照并行迭代校正方法進行并行式迭代計算；(3)迭代結(jié)束，計算節(jié)點6.3、6.4將校正圖像R01、R02傳回給控制卡2;(4)重復(fù)(1)(3)。如附圖15所示為氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置工作的流程圖。結(jié)合前述的硬件構(gòu)成及模塊層次關(guān)系，說明裝置工作的原理。(a)裝置上電復(fù)位后，進入"空閑"狀態(tài)，等待接收參數(shù)及控制命令。(b)—旦接收到參數(shù)及控制命令，則進入命令解釋譯碼模塊進行命令解釋譯碼。如果為"進入處理"命令，則進入步驟(f)，否則進入下一步。(c)如果命令為"進入軟件更新"，則進入下一步，否則進入步驟(m)。(d)進行固化軟件更新過程。(e)如果固化軟件更新過程結(jié)束，則進入步驟(m)，否則重復(fù)步驟(d)(e)。(f)如果命令為"進入算法處理"，則進入步驟(i)，否則進入下一步。(g)如果命令為"采集圖像"，則進入下一步，否則進入步驟(m)。(h)進行圖像采集過程。(i)進行算法計算處理過程。(j)進行測評指標(biāo)的計算評估過程。(k)顯示采集圖像、校正結(jié)果及測評指標(biāo)(1)判斷所有圖像序列是否處理完畢，如果是則進入下一步，否則重復(fù)步驟(b)(1)。(m)進入"空閑"狀態(tài)，等待裝置復(fù)位重啟。表1是多DSP處理計算時間、處理幀頻和加速比表<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>權(quán)利要求一種基于序列圖像數(shù)字校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于裝置包括上位機(1)、多功能圖像采集控制卡(2)、并行數(shù)字信號協(xié)處理卡(3)；其中上位機(1)與多功能圖像采集控制卡(2)通過高速外部設(shè)備接口總線互聯(lián)，多功能圖像采集控制卡(2)與并行數(shù)字信號協(xié)處理卡(3)通過板間對外擴展接口互聯(lián)；上位機(1)包括控制模塊(4)，控制模塊(4)控制測評裝置完成以下任務(wù)①實現(xiàn)人機交互，接收用戶輸入的各種控制命令及算法運行所需的配置參數(shù)；②向多功能圖像采集控制卡(2)轉(zhuǎn)發(fā)控制命令及配置參數(shù)；③向多功能圖像采集控制卡(2)發(fā)送圖像源數(shù)據(jù)；④接收多功能圖像采集控制卡(2)傳回的測評結(jié)果并送給顯示模塊；⑤實時監(jiān)視多功能圖像采集控制卡(2)及并行數(shù)字信號協(xié)處理卡(3)的工作狀態(tài)并將工作狀態(tài)反饋到用戶界面；多功能圖像采集控制卡(2)包括二個由高速總線接口實現(xiàn)互聯(lián)的主控制節(jié)點(5A)和從控制節(jié)點(5B)；主控制節(jié)點(5A)完成以下任務(wù)①從上位機(1)接收控制命令、算法參數(shù)、圖像源數(shù)據(jù)；②完成自身命令解釋譯碼；③向從控制節(jié)點(5B)及其它計算節(jié)點(6.1～6.N)轉(zhuǎn)發(fā)控制命令和圖像源數(shù)據(jù)；從控制節(jié)點(5B)完成以下任務(wù)①接收主控制節(jié)點(5A)轉(zhuǎn)發(fā)的控制命令和圖像數(shù)據(jù)；②完成自身命令的解釋譯碼；③完成測評指標(biāo)的計算和評估；并行數(shù)字信號協(xié)處理卡(3)包括N片由高速總線實現(xiàn)互聯(lián)的計算節(jié)點(6.1、6.2...6.N)，N≥1；其中一個計算節(jié)點(6.1)為主計算節(jié)點，其它計算節(jié)點(6.2～6.N)為從計算節(jié)點；主計算節(jié)點(6.1)完成以下任務(wù)①接收多功能圖像采集控制卡(2)上由主控制節(jié)點(5A)發(fā)送的算法參數(shù)和配置命令并向從計算節(jié)點(6.2～6.N)轉(zhuǎn)發(fā)；②完成該計算節(jié)點自身固化算法軟件包的卸載與更新；③完成該計算節(jié)點自身的計算處理任務(wù)；④接收各個從計算節(jié)點(6.2～6.N)傳回的計算結(jié)果并進行結(jié)果圖像的合并；從計算節(jié)點(6.2～6.N)完成以下任務(wù)①接收主計算節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的算法參數(shù)及圖像源數(shù)據(jù)；②完成該計算節(jié)點算法固化包的卸載與更新；③完成該計算節(jié)點自身的計算處理任務(wù)；④向主計算節(jié)點(6.1)發(fā)送計算處理結(jié)果。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于控制模塊(4)包括命令參數(shù)配置模塊(4.1)、圖像源發(fā)送模塊(4.2)和顯示模塊(4.3);命令參數(shù)配置模塊(4.1)用于實現(xiàn)人機交互，接收用戶發(fā)送的各種算法參數(shù)及控制命令，并通過高速外設(shè)接口將算法所需的各種參數(shù)和控制命令發(fā)送到多功能圖像采集控制卡(2);圖像源發(fā)送模塊(4.2)用于將存儲在上位機硬盤存儲器中的圖像源數(shù)據(jù)以及來自網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的圖像源數(shù)據(jù)流通過與之互聯(lián)的外高速外設(shè)接口發(fā)送給多功能圖像采集控制卡(2);顯示模塊(4.3)用于實時顯示采集的圖像源數(shù)據(jù)、本地圖像源數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)圖像、測評指標(biāo)計算結(jié)果以及測評裝置的工作狀態(tài)信息。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于主控制節(jié)點(5A)包括命令解釋譯碼模塊(5A.1)和多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取模塊(5A.2);命令解釋譯碼模塊(5A.1)完成對上位機(1)的控制命令的解釋、譯碼，同時將命令及控制參數(shù)發(fā)送給從控制節(jié)點(5B)及計算節(jié)點(6.16.4);其任務(wù)如下①接收上位機參數(shù)命令配置模塊(4.1)發(fā)送的各種算法參數(shù)和控制命令，②根據(jù)自定義的軟件協(xié)議解釋譯碼；③將算法參數(shù)及控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給從控制節(jié)點(5.B)及計算節(jié)點(6.16.4);根據(jù)譯碼結(jié)果進行算法任務(wù)的調(diào)度和執(zhí)行；多通路圖像源數(shù)據(jù)獲取模塊(5A.2)為測評裝置的計算處理提供了圖像輸入功能，從而能夠完成不同通路圖像源數(shù)據(jù)的獲取。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于從控制節(jié)點(5B)包括命令解釋譯碼模塊(5B.1)和測評指標(biāo)計算評估模塊(5B.2);命令解釋譯碼模塊(5B.1)用于完成控制節(jié)點(5B)自身的命令解釋譯碼功能，它接收主控制節(jié)點(5A)轉(zhuǎn)發(fā)的控制命令，讀取控制命令字；查找命令映射表，從表中找到與該接收到的命令相同的任務(wù)跳轉(zhuǎn)的分支；進行本控制節(jié)點的任務(wù)跳轉(zhuǎn)，啟動并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)；測評指標(biāo)計算評估模塊(5B.2)用于接收并行數(shù)字信號處理卡(3)回傳的計算結(jié)果圖像；并對結(jié)果圖像進行測評指標(biāo)的進一步計算，得出測量方法中提出的各種有效指標(biāo)，向上位機(1)顯示模塊(4.3)回傳測評指標(biāo)計算結(jié)果。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，其特征在于所述主計算節(jié)點和所述從計算節(jié)點均包含有固化軟件更新模塊和計算模塊；所述固化軟件更新模塊為主計算節(jié)點和各從計算節(jié)點提供固化算法軟件包的卸載與更新功能；所述計算模塊將輸入的退化圖像序列處理后輸出校正圖像序列，各計算節(jié)點各自分別對一幀模糊圖像按照基于極大似然估計的循環(huán)迭代復(fù)原算法進行順序式迭代或并行式迭代計算，計算結(jié)束后將結(jié)果依次傳回多功能圖像采集控制卡(2)。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于序列圖像校正的氣動光學(xué)傳輸效應(yīng)測評裝置，裝置包括上位機、多功能圖像采集控制卡、并行數(shù)字信號協(xié)處理卡；其中上位機與多功能圖像采集控制卡通過高速外部設(shè)備接口總線互聯(lián)，多功能圖像采集控制卡與并行數(shù)字信號協(xié)處理卡通過板間對外擴展接口互聯(lián)；利用測評裝置計算的高并行性及處理單元可擴展的特點，靈活選取計算處理單元的數(shù)量以達到處理的實時性；本發(fā)明裝置體積小，重量輕，易于攜帶。文檔編號G01M9/00GK101718616SQ20091022120公開日2010年6月2日申請日期2008年4月3日優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日發(fā)明者付長江,劉純勝,張?zhí)煨?張澤彬,汪小平,洪漢玉,王進,符俊杰,鐘勝,陳榮華,顏露新申請人:華中科技大學(xué)