高分辨率图像处理系统

时间:2020-08-19 16:15  

             高分辨率图像是指时间分辨率(帧率很高)或空间分辨率(指每幅图像的分辨率)要求很高的图像。这部分图像处理的特点是:数据量大、运算复杂。由于PC机内存容量小、硬盘传输速度慢,一般PC机难以承受类似应用的实时采集、存储与处理。

      这类图像的采集通常由相机生产厂家(如Dalsa, Basler等)提供的相机完成了由模拟到数字的转换,通过Camera Link口或者其他差分方式(如LVDS)方式送出。

             我们采用DSP+FPGA相结合的方式,对以上图像进行采集、控制,并通过Nand Flash存储模块对所采集的进行实时记录。

        多通道Camera-Link图像采集系统组成及功能:
        多通道Camera-Link图像采集系统是以计算机和专用多路图像合成控制器作为图像数据采集的主要硬件工具,以专用软件为操作平台,实现多通道图像采集的专用设备。
        多通道Camera-Link图像采集系统由多路图像合成控制器、图像采集卡及计算机显示存储系统、显控软件三部分组成。

1、多路图像合成控制器

        多路图像合成控制器采用标准6U cPCI机箱架构,由一块6U cPCI数据缓冲板和一块对应的四入一出Camera Link接口板组成。
        数据缓冲板利用高密度FPGA作为主控芯片,通过J4/J5自定义总线将接口板FPGA传递过来的数据缓存到板载的2GB大容量DDR2动态存储器中,并在有需要的时候进行刷新和传输。
        四入一出Camera Link接口板采用了一片FPGA完成数据接口粘合功能,分别连接四个Camera Link输入接口转换芯片和一个Camera Link输出接口转换芯片,自定义数据总线通过接插件连到数据缓冲板的J4/J5上。四个Camera Link输入接口转换芯片用于同步接收四个Base Camera Link接口的图像数据并完成数据格式转换之后送入FPGA,FPGA将中间数据合并排序之后通过接插件传递到接口板,然后再通过一个Camera Link输出接口转换芯片将图像数据输出到后端。
        多路图像合成控制器拟采用一个标准2U cPCI机箱(J4/J5没有预定义信号),内部有4个槽位,假设数据缓冲板插在从下向上数第2个槽位,则接口板也插在机箱背面对应的槽位,以保证两块板子的J4/J5分别连通。

       本系统中PC机作为图像数据处理平台,在上面安装一块Camere Link图像采集卡对多路图像合成控制器输出的单通道Camera Link接口图像数据进行采集、显示和处理,并利用主机硬盘进行存储。考虑到普通硬盘写入速率只有约40MB/s左右,是整个系统的瓶颈所在,所以当需要连续存储时,可通过扩展磁盘阵列卡的方式挂接4~8块硬盘组成RAID 0阵列实现300MB/s以上的持续写入速率。
        本系统的结构设计采用了模块化思想,图像数据的输入部分采用了一个专用设备(多路图像合成控制器),将输入的四通道数据合并成一个通道进行输出,大大的降低了后端采集设备的技术要求。当输入图像分辨成倍增加导致Camera Link接口相应增加,例如达到16个Base Camera Link通道时,可以在多路图像合成控制器中增加三套现有板卡配置,实现16入4出,这样在PC机上可以采用当前业界最高端的PCI-E接口4通道Camera Link图像采集卡来完成对接,从而实现功能扩展。

2 图像采集卡及计算机显示存储系统

2.1 计算机系统设计
        选用台式机或者工控机均可,需要的接口和性能参数满足如下要求即可:1个PCIE×4,1个PCIE×16,3个PCI,1个千兆网口,2个RS232串口,酷睿2E4500 CPU,4GB DDR2内存,500GB SATA硬盘,300WATX电源。
2.2 Camera Link图像采集卡
        当系统只处理4通道图像数据时,电脑上只需要安装一块单通道Camera Link接口的图像采集卡即可满足要求,这样的产品技术指标要求不高,可选用加拿大DALSA公司的相关产品或者国内厂商开发的同类产品。
        当需要处理16通道图像数据时,系统结构在现有基础上稍做局部调整即可满足要求:多路图像合成控制器内部安装四套板卡,形成四套4入1出(总共16入4出)结构,电脑上安装一块四通道Camera Link采集卡。
 
3 显控软件设计
        显控软件选用公用操作系统和公用的开发及操作平台,操作系统选用WinXP。软件主要功能是完成各通道图像的采集、显示、处理和存储功能。



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