基于FPGA的哈特曼光斑图像处理系统设计.pdf

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1、第34卷第4期锣lI峻—阜；Vo1．34No．42016年4月MACHINERY8LELECTRONICSApr．2016基于FPGA的哈特曼光斑图像处理系统设计刘国成，翟超(中国科学技术大学工程科学学院，安徽合肥230027)摘要：为了提高哈特曼光斑图像数据的采集和实时处理速度，采用FPGA作为控制和处理的硬件平台，通过FPGA采集到CCD上形成的光斑图像，在FPGA内部完成算法处理过程，得到每一个光斑点的质心数据，并将结果上传到上位机。同时，在光斑图像特征的基础上，设计了一种改进的连通城扫描标记

2、处理算法。关键词：哈特曼光斑~FPGA；连通域标记中圈分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1001—2257(2016)04—0055—04DesignofProcessingSystemforHartmannSpotImageBasedonFPGALIUGuocheng，ZHAIChao(SchoolofEngineeringScience，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China)Abstract：Inorderto

3、improvetheacquisitionandreal——timeprocessingspeedofShack_-HartmannWavefrontSensorspotimagedata，FPGAisadoptedasthecontrolandprocessinghardwareplatform．ThespotimageformedontheCCDcameraistransmittedandprocessedwithFPGA．Astheprocessresults，everyspotcentroi

4、ddataistransferredtohostPC．Onthebasisofthespotimagecharacteristics。thispa-perproposesanimprovedscanningmethodforconnectedcomponentlabelingisproposed．Keywords：Hartmannspotimage；FPGA；connectedcomponent1abeling难满足系统的实时性要求。FPGA作为可编程的硬O引言件平台，具有计算的并行性；采用的连通域

5、标记和哈特曼波前传感器目前已有广泛的应用，它主灰度重心法的特点是数据量和计算量很大，但没有要由CCD和微透镜阵列组成，微透镜阵列将入射波复杂的算术运算，算法结构较为简单，因此非常适前聚焦到CCD感光面上，形成一幅阵列光斑图像。合在FPGA平台上实现[2]。理想的平面光波透过微透镜阵列形成一幅分布均1系统设计匀的光斑阵列，当前面的空气扰动或者其他的原因造成光波产生畸变时，其在CCD上形成的光斑点就系统设计框图如图l所示。所用的CCD相机会发生偏移。因此，在实际应用中，计算出测量过的分辨率为1k×1k大

6、小，采集到的图像数据是8位程中偏移的光斑质心相对于事先标定的标准位置深度的灰度图，以像素为单位，按照从上到下、从左的偏移量，即可重建波前以作测量控制之用[1]。到右的顺序，依次实时传输到FPGA的内部。相机在计算图像中光斑的质心时，随着CCD图像分的输出接口是IEEE1394接口，又称火线接口，是一辨率的提高，导致所要处理的图像数据量也大大增种高速数据传输接口，多用于视频数据的传输。选加，采用PC机和DSP等传统的数据处理方式就很用的FPGA芯片是Altera公司的收稿日期I2016一O3一O4作者

7、筒介：刘叠成(1992一)，男，安徽阜阳人，硕士研究生，研究方向为机械电子工程}翟超(1968一)，男，河北秦皇岛人，教授，研究方zzzPsgiolePfrp向为机电一体化设计、测控技术与几何测量新方法等。·55·zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp够ll畈县霄备错标判断与重新标记的流程如图7所示。果如表1所示，光纤亮点顺序按照从上到下、从左到读区域像素数存储器RAM5右排列。仿真及实验结果表明，系统设计符合预期要求。读RA

8、M6读出该区域的标记值个数读RAM7顺序读出一个标记值读RAM8读出该标记值包含的有效方格数读RAM9和RAM4顺序读出一个方格按像素对方格进行连通域重新标记■图8光纤亮点表1处理结果<垂===N<一判断重新标记过程结束图7错标判断与重新标记流程2．7质心计算电路经过方格标记与重新标记的处理流程后，已经可以把每一个光斑都分割开来，得到相应的灰度值累加、灰度与横坐标乘积累加和灰度与纵坐标累计，利用式(1)和式(2)的灰度重心计算公式即可得4结束语到每一个光斑的质心坐标引