【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及基于哈特曼-夏克波前傳感器的點源目標自適應光學高速波前處理 系統，是一種低成本、易擴展的、特別適用于大規模點源目標自適應光學實時波前探測的相 關哈特曼-夏克波前斜率處理器。
技術介紹
相關哈特曼-夏克波前傳感技術最早應用于太陽自適應光學系統中，它以太陽表 面米粒結構為參考信標，采用相關處理方法計算參考子孔徑圖像與其他子孔徑圖像的相對 偏移量，從而得到各個子孔徑的局部波前斜率，為波前校正提供控制信號。近年來，相關哈 特曼-夏克波前傳感方法，因其對光斑形狀大小變化以及背景噪聲不敏感，而逐漸應用于 傳統的點光源自適應光學系統中，如激光光束質量診斷等領域。互相關運算是相關哈特 曼-夏克波前傳感技術的關鍵，可以在頻域通過快速傅里葉變換進行或者在圖像域直接實 現，其數學公式表示為
【技術保護點】
點源目標相關哈特曼－夏克波前處理器，其特征在于：所述處理器是在單片ＦＰＧＡ內由圖像緩存模塊（１）、列卷積模塊（２）、行卷積模塊（３）、鄰域像素窗口模塊（４）、像素坐標計數器（５）、多通道相關值尋優模塊（６）和插值模塊（７）構成，其中：圖像緩存模塊（１）的輸入端接收對哈特曼夏克圖像數據，并對哈特曼夏克圖像數據進行串并轉換，并逐列輸出與參考模板大小相同的圖像并行數據；列卷積模塊（２）的并行數據輸入端與圖像緩存模塊（１）的輸出端連接，用于對圖像緩存器模塊（１）輸出的并行數據與對應參考模板數據相乘并求和，并輸出列卷積結果；行卷積模塊（３）的輸入端與列卷積模塊（２）的輸出端連接，行卷積模塊（３），用于對列卷積結果進行以參考模板值作為有限沖擊響應（ＦＩＲ）濾波器抽頭系數的濾波，并輸出行卷積結果；鄰域像素窗口模塊（４）的輸入端與行卷積模塊（３）的輸出端連接，鄰域像素窗口模塊（４），用于對行卷積結果進行延時，形成３×３相關值窗口，并將該窗口輸出；像素坐標計數器（５）的輸入端接收同步時鐘信號，用于對同步時鐘信號進行計數，并輸出像素的坐標信息；多通道相關值尋優模塊（６）的輸入端分別與鄰域像素窗口模塊（４）...
【技術特征摘要】
點源目標相關哈特曼 夏克波前處理器，其特征在于所述處理器是在單片FPGA內由圖像緩存模塊(1)、列卷積模塊(2)、行卷積模塊(3)、鄰域像素窗口模塊(4)、像素坐標計數器(5)、多通道相關值尋優模塊(6)和插值模塊(7)構成，其中圖像緩存模塊(1)的輸入端接收對哈特曼夏克圖像數據，并對哈特曼夏克圖像數據進行串并轉換，并逐列輸出與參考模板大小相同的圖像并行數據；列卷積模塊(2)的并行數據輸入端與圖像緩存模塊(1)的輸出端連接，用于對圖像緩存器模塊(1)輸出的并行數據與對應參考模板數據相乘并求和，并輸出列卷積結果；行卷積模塊(3)的輸入端與列卷積模塊(2)的輸出端連接，行卷積模塊(3)，用于對列卷積結果進行以參考模板值作為有限沖擊響應(FIR)濾波器抽頭系數的濾波，并輸出行卷積結果；鄰域像素窗口模塊(4)的輸入端與行卷積模塊(3)的輸出端連接，鄰域像素窗口模塊(4)，用于對行卷積結果進行延時，形成3×3相關值窗口，并將該窗口輸出；像素坐標計數器(5)的輸入端接收同步時鐘信號，用于對同步時鐘信號進行計數，并輸出像素的坐標信息；多通道相關值尋優模塊(6)的輸入端分別與鄰域像素窗口模塊(4)的輸出端和像素坐標計數器(5)的輸出端連接，多通道相關值尋優模塊(6)，用于根據像素坐標計數器(5)提供的坐標信息以及鄰域像素窗口模塊(4)提供的窗口數據，完成各個子孔徑內相關函數值最大值的尋優，并輸出各個子孔徑的最大值及其鄰域值和最大值對應的坐標信息；插值模塊(7)的輸入端與多通道相關值尋優模塊(6)的輸出端連接，插值模塊(7)，用于對多通道相關值尋優模塊(6)得到的最大值位置進行插值，得到各個子孔徑波前斜率。2.根據權利要求1所述的點源目標相關哈特曼_夏克波前處理器，其特征在于所述 的圖像緩存模塊(1)由移位寄存器組構成，所述各行移位寄存器組首尾相接，移位寄存器 組輸入端與哈特曼_夏克波前傳感器的數據輸入端連接，并將串行輸入數據轉換，并且移 位寄存器組輸出并行數據，用于實現對哈特曼-夏克波前傳感器圖像的延時；所述該移位 寄存器組的深度取決于圖像一行的像素個數，為N-1，而級聯的移位寄存器組的個數取決于 所用參考模板的大小，為M-1，其中圖像大小為NXN，子孔徑參考模板大小為MXM，M和N = 1，2，3......ο3.根據權利要求1所述的點源目標相關哈特曼_夏克波前處理器，其特征在于所述 的列卷積模塊(2)由M個乘法器和一組加法器構成，第一個乘法器的一個輸入端接收第一 個模板系數信息，第一個乘法器的另一個輸入端與圖像緩存模塊(1)的第一個輸出端連 接，第二個乘法器的一個輸入端接收第二個模板系數信息，第二個乘法器的另一個輸入端 與圖像緩存模塊(1)的第二個輸出端連接，依次類推，第M個乘法器的一個輸入端接收第M 個模板系數信息，第M個乘法器的另一個輸入端與圖像緩存模塊(1)的第M個輸出端連接； 一組加法器由多個加法器級聯而成，并行流水地完成所有乘法器輸出的兩兩求和。4.根據權利要求1所述的點源目標相關哈特曼-夏克波前處理器，其特征在于所述 的行卷積模塊(3)采用直接型有限沖擊響應濾波器結構，所述有限沖擊響應濾波器結構是 由M-I個寄存器、M個乘法器和加法器組構成，行卷積模塊(3)輸入端與列卷積模塊(2)的 輸出端連接，完成對輸入數據的延時；而M個乘法器的一端與各個延時數據連接，M個乘法 器的另一端接入模板系數信息，所有乘法器的輸出端與加法器組的輸入端連接，對所有乘法器輸出的乘積結果并行流水地進行兩兩求和；所述的行卷積模塊(3)還可采用轉置型有 限沖擊響應濾波器結構。5.根據權利要求1所述的點源目標相關哈特曼-夏克波...
【專利技術屬性】
技術研發人員：樊志華，王春鴻，饒長輝，馬曉燠，李敏，
申請(專利權)人：中國科學院光電技術研究所，
類型：發明
國別省市：90[中國|成都]
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