采用fpga實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法
【專利摘要】采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法，屬于光電探測【技術(shù)領(lǐng)域】，首先CPU向圖像處理單元寫入坐標(biāo)計算公式參數(shù)；圖像處理單元接收圖像采集系統(tǒng)傳來的圖像數(shù)據(jù)；變換坐標(biāo)計算公式參數(shù)，將浮點數(shù)擴大為整數(shù)，并用十六進(jìn)制表示；變換進(jìn)行公式簡化；將坐標(biāo)計算公式中的除法通分，減少除法運算數(shù)量；采用IP核并行實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的參數(shù)與圖像數(shù)據(jù)的乘法運算；將乘法運算結(jié)果根據(jù)參數(shù)的符號進(jìn)行求和或求差運算，作為除法運算的被除數(shù)；采用IP核實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的除法運算，將商和余數(shù)分別保存；計算余數(shù)與坐標(biāo)計算常數(shù)的乘法運算，進(jìn)行四舍五入處理、計算常數(shù)除法運算，得到最終坐標(biāo)值發(fā)送給CPU進(jìn)行圖像存儲。
【專利說明】采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光子計數(shù)探測器圖像處理的實現(xiàn)方法，屬于光電探測【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]光子計數(shù)探測器是一種將入射光子采集轉(zhuǎn)化為多路電荷信號的探測器，通過信號處理電路對電荷信號進(jìn)行整形放大、峰值保持及采樣轉(zhuǎn)換獲取圖像數(shù)據(jù)，圖像處理根據(jù)坐標(biāo)計算公式將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光子坐標(biāo)值，然后在坐標(biāo)值對應(yīng)位置進(jìn)行累加計數(shù)，生成最終的光子計數(shù)圖像。光子計數(shù)探測器、信號處理電路及圖像處理三部分串行所能響應(yīng)的最高入射光子頻率稱為光子計數(shù)率，所能分辨的光子坐標(biāo)最小位移稱為空間分辨率。圖像處理的實現(xiàn)方法影響光子計數(shù)率和空間分辨率。光子計數(shù)型探測器的坐標(biāo)值計算公式與探測器的位敏陽極制備方式有關(guān)，多為分式運算。為了消除位敏陽極的極間串?dāng)_，通常引入浮點數(shù)且?guī)Х柕男Ｕ禂?shù)，增加了坐標(biāo)計算的復(fù)雜度。
[0003]常用的浮點運算實現(xiàn)方法有兩種:第一種是采用地面操作系統(tǒng)軟件實現(xiàn)，如VC、Labview，這種方法實現(xiàn)簡便、靈活性強，能夠滿足圖像處理速度和分辨率的要求，但是無法轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用，僅適用于地面試驗。第二種是采用嵌入式軟件實現(xiàn)，如DSP，這種方法利于工程轉(zhuǎn)化，適用于航空航天需求，但是坐標(biāo)計算通常為浮點運算，并且乘除法運算較多，而嵌入式軟件為串行處理方式，導(dǎo)致圖像處理運算周期較長，通過提高嵌入式軟件系統(tǒng)時鐘能夠提高運算速度，但是既增加了設(shè)計難度又降低了系統(tǒng)可靠性，并且提高運算速度的能力有限，當(dāng)光子計數(shù)率較高時，仍無法滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服光子計數(shù)探測器圖像處理現(xiàn)有實現(xiàn)方法的不足，提出了一種采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法，其特征是，包括以下步驟:
[0007]步驟一，開始攝像前，CPU向圖像處理單元寫入坐標(biāo)計算公式參數(shù)；
[0008]步驟二，開始攝像后，圖像處理單元接收圖像采集系統(tǒng)傳來的圖像數(shù)據(jù)Qs、Qw和Qz ；
[0009]步驟三，圖像處理單元變換坐標(biāo)計算公式參數(shù)，將浮點數(shù)擴大為整數(shù)，并用十六進(jìn)制表示，對取值為負(fù)數(shù)的參數(shù)取絕對值參與運算，將變換后參數(shù)帶入坐標(biāo)計算公式，通過約分變換進(jìn)行公式簡化；
[0010]步驟四，圖像處理單元將坐標(biāo)計算公式中的除法通分，減少除法運算數(shù)量；
[0011]步驟五，圖像處理單元采用IP核并行實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的參數(shù)與圖像數(shù)據(jù)的乘法運算；
[0012]步驟六，圖像處理單元將乘法運算結(jié)果根據(jù)參數(shù)的符號進(jìn)行求和或求差運算，作為除法運算的被除數(shù)；
[0013]步驟七，圖像處理單元采用IP核實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的除法運算，將商和余數(shù)分別保存；
[0014]步驟八，圖像處理單元計算余數(shù)與坐標(biāo)計算常數(shù)的乘法運算，進(jìn)行四舍五入處理；
[0015]步驟九，圖像處理單元計算常數(shù)除法運算，得到最終坐標(biāo)值發(fā)送給CPU進(jìn)行圖像存儲。
[0016]本發(fā)明的積極效果:通過坐標(biāo)計算公式參數(shù)合理變換，將浮點運算轉(zhuǎn)化為整數(shù)運算，若參數(shù)包含負(fù)數(shù)，用十六進(jìn)制數(shù)據(jù)的高位表示符號，運算時再進(jìn)行邏輯判斷，由此便于FPGA軟件實現(xiàn)。坐標(biāo)計算公式簡化，通過等效變換減少除法運算，縮短運算時間。將運算過程中的除法運算進(jìn)行四舍五入處理，提高計算精度。
[0017]一、本發(fā)明通過將坐標(biāo)值計算公式參數(shù)縮放處理，以及參數(shù)符號的邏輯變換，解決了采用FPGA實現(xiàn)浮點數(shù)和帶符號數(shù)運算的可行性問題。
[0018]二、通過將坐標(biāo)值計算等效變換，減少除法運算次數(shù)，縮短運算時間，提高圖像處理速度。
[0019]三、在實現(xiàn)除法運算時，采用四舍五入處理，提高圖像處理精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法的原理框圖?！揪唧w實施方式】
[0021 ] 下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]楔條形光子計數(shù)探測器坐標(biāo)計算公式如式(I)所示。
【權(quán)利要求】
1.采用FPGA實現(xiàn)楔條形光子計數(shù)探測器圖像處理的方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一，開始攝像前，CPU向圖像處理單元寫入坐標(biāo)計算公式參數(shù)； 步驟二，開始攝像后，圖像處理單元接收圖像采集系統(tǒng)傳來的圖像數(shù)據(jù)Qs、Qw、Qz ；步驟三，圖像處理單元變換坐標(biāo)計算公式參數(shù)，將浮點數(shù)擴大為整數(shù)，并用十六進(jìn)制表示，對取值為負(fù)數(shù)的參數(shù)取絕對值參與運算，將變換后參數(shù)帶入坐標(biāo)計算公式，通過約分變換進(jìn)行公式簡化； 步驟四，圖像處理單元將坐標(biāo)計算公式中的除法通分，減少除法運算數(shù)量； 步驟五，圖像處理單元采用IP核并行實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的參數(shù)與圖像數(shù)據(jù)的乘法運算； 步驟六，圖像處理單元將乘法運算結(jié)果根據(jù)參數(shù)的符號進(jìn)行求和或求差運算，作為除法運算的被除數(shù)； 步驟七，圖像處理單元采用IP核實現(xiàn)坐標(biāo)計算公式中的除法運算，將商和余數(shù)分別保存； 步驟八，圖像處理單元計算余數(shù)與坐標(biāo)計算常數(shù)的乘法運算，進(jìn)行四舍五入處理； 步驟九，圖像處理單元計算常數(shù)除法運算，得到最終坐標(biāo)值發(fā)送給CPU進(jìn)行圖像存儲。
【文檔編號】G06F3/0485GK104035680SQ201410268030
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】王金玲, 宋克非, 賀小軍 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所