[发明专利]一种基于FPGA的目标观瞄点实时定位装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及视觉测量领域中的实时定位技术，尤其涉及一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的目标观瞄点实时定位装置和方法。

背景技术

计算机视觉是一门采用图像传感器，如：电荷耦合元件(CCD)摄像机，获得客观世界的图像信息，并由计算机对图像进行分析与处理从而获知所需信息的新兴技术。视觉测量技术是计算机视觉的工程应用，在国民经济、科学研究以及国防建设等领域有着越来越广泛的应用，它具有非接触、精度高、动态响应快、自动化程度高等优点，是解决光点实时定位的有效途径，光点定位是视觉测量技术的一种典型应用。

所述目标观瞄是指目标的观测与瞄准，在目标跟踪仿真实验中，经常采用激光光点实时定位并跟踪空间成像平面上的目标，若通过空间平面上的真实光点获知原投影图像中目标所在位置，就可以将获得的位置与实际设定的目标位置比较从而评价定位准确度，可应用于射击手射击模拟训练、武器瞄准装置的研究等。

在视觉测量系统中，视觉传感器起着至关重要的作用，传统视觉传感器基于个人计算机(Personal Computer，PC)架构，即由一台或多台摄像机、采集卡和PC组成，还包括其它辅助测量的装置，如激光器、光栅投射器等。所述视觉传感器的工作原理是：摄像机完成图像的捕获，采集卡完成图像采集和传输，最终由PC机完成图像处理并发出执行响应。

传统的视觉测量系统的优势体现在其通用性和可扩充性上，但是，由于这种系统的组成结构复杂，且视觉传感器需多个辅助装置，整体结构庞大，因此系统的开发工作较繁琐，且成本高、功耗大，也受工作环境的限制、移动性能较差，因此不利于维护、控制和使用。此外，图像的处理基于PC机，不仅处理速度缓慢、智能化程度低，且实时性差、精度不高。

传统的视觉测量系统采用单目视觉处理技术，单目视觉是指仅利用一台摄像机拍摄单张相片进行分析与处理，因此具有结构简单、现场安装、调试容易等优点，同时可避免双目视觉中匹配难的问题。然而，对于单目视觉技术，目前并没有空间成像平面上的光点在原投影图像上的定位研究。此外，目前应用较为广泛的激光测距也仅限于空间物理坐标的测量，从实时性、自动化程度方面考虑，不适用于光点的实时定位。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于FPGA的目标观瞄点实时定位装置和方法，可克服现有视觉测量系统体积庞大、功耗大，且实时性差、不利于使用和维护的缺点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种基于现场可编程门阵列FPGA的目标观瞄点实时定位装置，该装置包括：光学镜头、图像采集模块、处理器模块和存储模块；其中，

所述光学镜头，用于对图像的原始光信号进行校正并映射成像到所述图像采集模块上；

所述图像采集模块，用于将所述经校正的图像的光信号转换成图像的数字信号，并传输给所述处理器模块；

所述处理器模块设置于FPGA芯片上，用于将从图像采集模块接收的图像的数字信号缓存到存储模块中；之后从存储模块中读取所述数字信号，并进行光斑中心坐标快速提取运算；

所述存储模块，用于缓存所述图像的数字信号。

进一步地，该装置还包括：通信模块和上位机界面模块；其中，

所述通信模块，用于将所述处理器模块提取的光斑中心坐标输出给所述上位机界面模块；

所述上位机界面模块设置于个人计算机上，用于光斑中心坐标的显示，还用于图像的显示以及目标观瞄点运动轨迹的绘制。

其中，所述处理器模块，还用于通过所述通信模块将所述光斑中心坐标的提取结果输出给所述上位机界面模块。

优选的，所述处理器模块包括：处理模块和控制模块；其中，

所述处理模块，用于将从图像采集模块接收的图像的数字信号缓存到存储模块中；之后从存储模块中读取数字信号，并进行光斑中心坐标快速提取运算，通过通信模块将所述光斑中心坐标的提取结果输出给所述上位机界面模块；

所述控制模块，用于控制所述图像采集模块、存储模块、处理模块和通信模块执行相应操作。

其中，所述控制模块通过硬件描述语言VHDL或Verilog编写状态机实现。

上述方案中，所述图像采集模块设置于互补金属氧化物半导体CMOS、或电荷耦合元件CCD图像传感器芯片上。

其中，所述光学镜头的光轴垂直于所述图像采集模块的图像传感器阵列面，且所述光轴与图像传感器阵列面的几何中心同心。

上述方案中，所述存储模块为同步动态随机存取存储器SDRAM或快速闪存flash。