基于FPGA的星上迭代图像处理方法

摘要

本发明公开了基于FPGA的星上迭代图像处理方法，涉及图像处理方法技术领域，包括以下步骤：(1)、图像数字化；(2)、构建算法构架；(3)、给定算法参数；(4)、算法迭代运算；(5)、算法运算试运行；(6)、算法构架修正；(7)、算法构架综合运行。该基于FPGA的星上迭代图像处理方法，提出的算法架构嵌入了包含迭代运算的图像处理算法，因此使图像处理算法能够处理多片不同类型的CCD,同时在运算处理过程中只占用处理一片CCD的FPGA资源，使得该算法占用资源较小，运算效率较高，可广泛适应于迭代算法中，满足了设计需求，能够有效的提高了FPGA资源的利用率，并且充分利用FPGA在并行运算体系结构设计中的优势。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理方法技术领域，具体为基于FPGA的星上迭代图像处理方法。

背景技术

FPGA即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。图像处理又称为影像处理，是用计算机对图像进行达到所需结果的技术。图像处理是利用计算机对图像信息进行加工以满足人的视觉心理或者应用需求的行为，应用广泛。

现有的图像处理方法不能够实现算法迭代，并且在运算的过程中，运算效率较低，也不能够基于FPGA编程技术，因此不具备运算优势，也不便于算法的编辑修正，为此，我们提出基于FPGA的星上迭代图像处理方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于FPGA的星上迭代图像处理方法，解决了上述背景技术中提出的现有的图像处理方法不能够实现算法迭代，并且在运算的过程中，运算效率较低，也不能够基于FPGA编程技术，因此不具备运算优势，也不便于算法的编辑修正的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现、基于FPGA的星上迭代图像处理方法，包括以下步骤：

(1)、图像数字化；

(2)、构建算法构架；

(3)、给定算法参数；

(4)、算法迭代运算；

(5)、算法运算试运行；

(6)、算法构架修正；

(7)、算法构架综合运行。

可选的，所述基于FPGA的星上迭代图像处理方法包括以下具体步骤：

(1)、图像数字化

通过取样和量化过程将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式，同时对图像进行数字编码，并且可将已编码的图像进行排序分组；

(2)、构建算法构架

预先给定星上迭代图像处理方法的算法构架，然后确定该算法构架的相应图像处理算法；

(3)、给定算法参数

对算法各参数进行给定估计，并根据参数个数及类型，对双口RAM进行相应分配，将各片CCD进行图像处理所需的参数写入到双口RAM，将双口RAM的反馈参数存入至寄存器组中，使得双口RAM与寄存器组构成图像处理架构；

(4)、算法迭代运算

控制双口RAM和寄存器组＂读＂＂写＂时序以实现算法迭代和不同CCD之间的运算切换，即利用预先给定的星上迭代图像处理方法的算法构架以及图像处理算法运算读出控制双口RAM的当前参数和反馈参数，并更新写入到寄存器组；

(5)、算法运算试运行

选取一组CCD数据代入该星上迭代图像处理方法的算法构架的图像处理算法进行试运行，直至算法计算完毕，截取输出该算法产生的反馈参数，并验证该参数的数据流；

(6)、算法构架修正

对上述算法构架进行验证后，可根据验证结果对FPGA的可编辑逻辑单元进行再次编辑，修正算法程序中的错误，重复上述步骤(1)-步骤(6)，直至算法星上迭代图像处理方法的算法构架运算程序正确；

(7)、算法构架综合运行

再重复上述步骤(1)-步骤(4)，直至遍历所以的CCD，最后截取输出数据拼接形成各片CCD进行图像处理所需的参数，以便于对已编码的数字化图像进行处理，并且对多组的编码图像进行分别处理，提高处理效率。

可选的，所述步骤(1)图像数字化过程中图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵，矩阵中每一元素称为像素。

可选的，所述步骤(7)算法构架综合运行过程中以8片不同类型线阵CCD为例代入算法构架后，FPGA的Slice资源占用为20％。

本发明提供了基于FPGA的星上迭代图像处理方法，具备以下有益效果：该基于FPGA的星上迭代图像处理方法，提出的算法架构嵌入了包含迭代运算的图像处理算法，因此使图像处理算法能够处理多片不同类型的CCD,同时在运算处理过程中只占用处理一片CCD的FPGA资源，使得该算法占用资源较小，运算效率较高，可广泛适应于迭代算法中，满足了设计需求，能够有效的提高了FPGA资源的利用率，并且充分利用FPGA在并行运算体系结构设计中的优势，大幅提高运算速度和星敏感器的数据更新率，运算过程中对图像进行编码和排序分组，能够对多组的编码图像进行分别处理，从而可以进一步地提高处理效率，而且算法运算试运行和算法构架修正能够及时的对算法构架进行试运行和修正，可避免出现运算错误的情况。

具体实施方式

下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于FPGA的星上迭代图像处理方法，包括以下步骤：

(1)、图像数字化；

(2)、构建算法构架；

(3)、给定算法参数；

(4)、算法迭代运算；

(5)、算法运算试运行；

(6)、算法构架修正；

(7)、算法构架综合运行。

基于FPGA的星上迭代图像处理方法包括以下具体步骤：

(1)、图像数字化

通过取样和量化过程将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式，同时对图像进行数字编码，并且可将已编码的图像进行排序分组；

步骤(1)图像数字化过程中图像在计算机内部被表示为一个数字矩阵，矩阵中每一元素称为像素；

(2)、构建算法构架

预先给定星上迭代图像处理方法的算法构架，然后确定该算法构架的相应图像处理算法；

(3)、给定算法参数

对算法各参数进行给定估计，并根据参数个数及类型，对双口RAM进行相应分配，将各片CCD进行图像处理所需的参数写入到双口RAM，将双口RAM的反馈参数存入至寄存器组中，使得双口RAM与寄存器组构成图像处理架构；

(4)、算法迭代运算

控制双口RAM和寄存器组＂读＂＂写＂时序以实现算法迭代和不同CCD之间的运算切换，即利用预先给定的星上迭代图像处理方法的算法构架以及图像处理算法运算读出控制双口RAM的当前参数和反馈参数，并更新写入到寄存器组；

(5)、算法运算试运行

选取一组CCD数据代入该星上迭代图像处理方法的算法构架的图像处理算法进行试运行，直至算法计算完毕，截取输出该算法产生的反馈参数，并验证该参数的数据流；

(6)、算法构架修正

对上述算法构架进行验证后，可根据验证结果对FPGA的可编辑逻辑单元进行再次编辑，修正算法程序中的错误，重复上述步骤(1)-步骤(6)，直至算法星上迭代图像处理方法的算法构架运算程序正确；

(7)、算法构架综合运行

再重复上述步骤(1)-步骤(4)，直至遍历所以的CCD，最后截取输出数据拼接形成各片CCD进行图像处理所需的参数，以便于对已编码的数字化图像进行处理，并且对多组的编码图像进行分别处理，提高处理效率；

步骤(7)算法构架综合运行过程中以8片不同类型线阵CCD为例代入算法构架后，FPGA的Slice资源占用为20％，该算法占用资源较小，运算效率较高，可广泛适应于迭代算法中。

综上，该基于FPGA的星上迭代图像处理方法，使用时基于FPGA的星上迭代图像处理方法包括以下具体步骤：

(1)、图像数字化：通过取样和量化过程将一个以自然形式存在的图像变换为适合计算机处理的数字形式，同时对图像进行数字编码，并且可将已编码的图像进行排序分组；

(2)、构建算法构架：预先给定星上迭代图像处理方法的算法构架，然后确定该算法构架的相应图像处理算法；

(3)、给定算法参数：对算法各参数进行给定估计，并根据参数个数及类型，对双口RAM进行相应分配，将各片CCD进行图像处理所需的参数写入到双口RAM，将双口RAM的反馈参数存入至寄存器组中，使得双口RAM与寄存器组构成图像处理架构；

(4)、算法迭代运算：控制双口RAM和寄存器组＂读＂＂写＂时序以实现算法迭代和不同CCD之间的运算切换，即利用预先给定的星上迭代图像处理方法的算法构架以及图像处理算法运算读出控制双口RAM的当前参数和反馈参数，并更新写入到寄存器组；

(5)、算法运算试运行：选取一组CCD数据代入该星上迭代图像处理方法的算法构架的图像处理算法进行试运行，直至算法计算完毕，截取输出该算法产生的反馈参数，并验证该参数的数据流；

(6)、算法构架修正：对上述算法构架进行验证后，可根据验证结果对FPGA的可编辑逻辑单元进行再次编辑，修正算法程序中的错误，重复上述步骤(1)-步骤(6)，直至算法星上迭代图像处理方法的算法构架运算程序正确；

(7)、算法构架综合运行：再重复上述步骤(1)-步骤(4)，直至遍历所以的CCD，最后截取输出数据拼接形成各片CCD进行图像处理所需的参数，以便于对已编码的数字化图像进行处理，并且对多组的编码图像进行分别处理，提高处理效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。