[发明专利]基于多层次异构并行处理的高速追踪系统及方法

权利要求书

1.一种高速追踪系统，其特征在于，所述高速追踪系统包括高速图像采集装置、二维伺服执行控制响应模块、二维伺服模块、图像数据采集传输模块和图像处理模块；其中：

高速图像采集装置采用具有自主调焦功能的光学镜头，经过图像处理模块对图像数据进行处理后，所述光学镜头能够根据环境和目标算法实现自主、实时调焦，保证高速图像采集装置的成像质量；

图像数据采集传输模块对所述高速图像采集装置中的图像传感器全连接，实时接收所述图像传感器采集到的图像数据并对所述图像数据进行降噪处理，再通过光纤通信传输给所述图像处理模块；

二维伺服执行控制响应模块基于图像处理模块输出的控制信息生成二维伺服模块的控制指令并将其发送给所述二维伺服模块；其中，所述二维伺服模块包括具有步进功能的上电机和下电机，所述高速图像采集装置固定在所述上电机上，上电机安装于下电机之上，从而所述上电机实现所述高速图像采集装置的上下旋转，下电机实现左右旋转，从而整个二维伺服模块能够实现三维旋转；

所述图像处理模块集成了像素级、块级以及分布式多级异构并行处理单元，具备图像特征检测、特征提取、特征分类以及深度学习卷积算法的处理功能；其中，所述图像处理模块先通过像素级处理器的像素处理单元PE阵列完成像素级并行算法，然后通过块级并行处理器中的块处理单元PPU访问像素级处理器像素处理单元PE阵列中的图像块以完成局部特征提取算法，最后利用分布式计算实现对提取的局部特征进行快速分类，生成所述的控制信息，从而实现基于多层次异构的并行处理；所述图像处理模块包括处理器，其指令集为基于多级异构并行处理架构的专用视觉处理指令集，支持像素级、块级以及分布式并行操作的编程，并设计了块处理单元电路、处理单元电路以及缓存控制电路以实现指令集功能；所述像素级并行处理和分布式并行处理通过分时复用，使用相同的硬件来完成。

2.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述高速图像采集装置为高速摄像机，其像素器件采用高速CMOS图像传感器，图片读出速率大于等于1000fps。

3.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述二维伺服执行控制响应模块通过总线方式将图像数据处理模块与二维伺服模块连接。

4.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述图像处理模块还包括系统总线、传感器控制模块、传感器缓存、程序缓存和网络接口，其中，所述传感器缓存用于存储来自高速图像采集装置的数据；所述程序缓存中存储了用于视觉处理的算法程序；所述网络接口用于与PC通信。

5.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述像素级并行处理包括滤波、形态学、背景减除、特征点检测和特征生成。

6.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述高速追踪系统还包括显示模块，所述显示模块通过HDMI/DP接口与图像处理模块连接；

所述显示模块根据图像处理模块对图像进行运算后得到的信息，显示目标和背景信息，并对目标进行实时标注。

7.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述高速追踪系统还包括配电模块，所述配电模块为系统进行配电，保证系统的稳定工作。

8.根据权利要求1所述的高速追踪系统，其特征在于，所述高速图像采集装置能够通过USB3.0与上位机进行实时通信，所述图像处理模块中的处理器能够通过PCIe协议和/或网口协议与上位机进行实时通信。