[发明专利]一种基于大规模集成电路高层次综合的动态无极消旋系统及方法有效

专利信息
申请号: 202111223132.7 申请日: 2021-10-20
公开(公告)号: CN113962842B 公开(公告)日: 2022-12-09
发明(设计)人: 张弘;宋剑波;杨一帆;邢万里;袁丁;李旭亮 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G06T1/20 分类号: G06T1/20;G06T1/60;G06T5/00;H04N19/436
代理公司: 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 代理人: 安丽;邓治平
地址: 100191*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 大规模集成电路 高层次 综合 动态 无极 系统 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于大规模集成电路高层次综合的动态无极消旋系统及方法,包含视频采集模块、视频解码模块、视频存储模块、数据通信模块、视频编码模块、动态无极消旋模块以及本发明中用于降低算法延迟、提高总线带宽利用率而创新设计的像素合并模块即四合一模块。本发明采用高层次综合技术实现动态无极消旋功能,针对采集到的视频图像可以在光电平台中进行实时消旋处理,相比于现有消旋技术,本发明充分利用FPGA并行加速及流水线优化的特点,具有视频分辨率高、消旋范围大、消旋精度高、处理后图像清晰无锯齿、输出延迟低、系统稳定性强、加工容易、功耗低、体积小等优良特性。

技术领域

本发明涉及智能化嵌入式视频处理领域,具体涉及的是一种基于大规模集成电路高层次综合的动态无极消旋系统及方法。

背景技术

在机载吊舱电视摄录与瞄准过程当中,电视的外框架结构无法避免的会发生横滚运动,这会造成光学系统相对于载机发生相对运动,从而造成图像旋转;或者是在战斗机飞行过程中,机身时常进行大角度翻滚(甚至可达360°),从而造成电视画面发生大角度旋转,严重影响操作人员观感。因此在众多光学瞄准器件或光电吊舱系统当中,为了消除飞行器姿态变化而引发的图像旋转问题,需要对电视系统获取到的原始视频图像进行反旋转处理,即消旋变换,以此保证图像的正常平稳,便于操作人员观察及后期的目标检测识别与跟踪工作。目前在实际工程应用中有三种常见的消旋方式,即电子消旋、光学消旋和物理消旋,光学消旋是目前使用最多的手段,其通过旋转成像光路中的消旋棱镜来校正图像,虽然这种方式延迟低、响应速度快,但是其加工工艺复杂、消旋角精度低且系统体积和功耗很大。目前随着大规模集成电路和数字信号处理技术的飞速发展,通过实时的视频图像处理算法实现的电子消旋技术成为了目前的主流研究方向,这种方式克服了光学消旋系统的上述不足,得到了越来越广泛的应用。

随着计算机视觉领域的不断发展和各类处理芯片性能的不断提升,基于视频图像处理的电子消旋技术成为了当前各类消旋技术的主流研究方向,通过电子消旋消除因飞行器姿态变化而引发的图像旋转问题成为目前工程应用的首选。

发明内容

本发明技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种基于大规模集成电路高层次综合的动态无极消旋系统及方法,基于高层次综合技术,利用FPGA并行加速及流水线优化的特点可以实现高精度、大范围、高实时性、高输出图像质量的无极消旋处理。精度可达0.001°,即可以对极小的角度敏感的进行消旋处理;消旋范围为0-360°,即可以对任意角度做消旋处理;一帧图像处理时间小于12ms,既可以实现实时消旋处理;采用双线性插值法进行消旋处理,因此图像光滑无锯齿,图像输出质量较高。限于目前技术存在实时性与精度、范围、图像质量之间的矛盾,因而现有技术仅可以单独实现以上指标中的一个或几个,未能同时实现上述全部技术指标,因此本发明具有很高的工程应用价值。

本发明的技术解决方案:一种基于大规模集成电路高层次综合的动态无极消旋系统,基于大规模集成电路高层次综合方法设计的,作为本发明的核心其总体上具有如下创新点:1)利用高层次综合技术,即使用C++等高级语言进行FPGA算法设计优化和资源调度;2)算法流水线加速优化,提高了数据吞吐量,大幅降低延时,提高图像消旋的实时性;3)多AXI总线高带宽实时并行优化,提高数据读写效率,提高算法实时性;4)设计用于四像素合并的四合一模块,即将用于双线性插值的四个8位像素点合并成一个32位数据,可在后期实现一次读取四个像素点的功能,大幅减少因数据多次读取而带来的高延时。

本发明所述系统包括视频采集模块、视频解码模块、核心处理模块和视频编码模块;所述核心处理模块采用FPGA+ARM架构的异构片上系统,为Zynq UltraScale+MPSoC15EG芯片;所述FPGA包括动态无极消旋模块、视频转AXI总线视频流模块、AXI视频流DDR读写模块以及本发明中用于降低算法延迟、提高总线带宽利用率而创新设计的像素合并模块即四合一模块;ARM包括视频存储模块DDR和RS422串口通信模块,FPGA与ARM之间的数据通信采用AXI控制总线进行;

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