一種顆粒圖像實時處理系統的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種顆粒圖像實時處理系統。
【【背景技術】】
[0002]目前市面上已有成熟的圖像處理技術。目前圖像處理芯片可以做到對高清圖像(典型分辨率為1920*1080，幀率為60fps)實時地編碼、解碼。然而現有軟硬件技術，對于同一級別分辨率但更高幀率的圖像的實時處理則存在不足。瞬時海量數據的傳輸、存儲和信息提取是主要面臨的問題。
[0003]顆粒識別和數據傳輸是很多流體量測和目標識別(如生物檢測)的基礎。比如傳統的Piv(Particle Image Velocimetry)儀器圖像的采集和后期的數據處理、可視化是分開的。這些傳統的顆粒識別雖然可以進行高速攝像(大于200fps)，但是，由于數據量巨大，很難在線實時處理數據，從而存在潛在的局限，如儀器安裝不便、信息處理不及時等，尤其對遠程監控帶來不便。
【
【發明內容】
】
[0004]為了克服現有技術的不足，本實用新型提供了一種顆粒圖像實時處理系統和方法，從而容易實現遠程實時在線監控顆粒。
[0005]一種顆粒圖像實時處理系統，包括:高速相機、圖像采集電路、FPGA電路、第一 DSP電路和第二 DSP電路；所述圖像采集電路分別與所述高速相機與所述FPGA電路電連接，第一DSP電路和第二 DSP電路分別與所述FPGA電路電連接；
[0006]所述高速相機用于拍攝原始顆粒圖像；
[0007]所述圖像采集電路用于從所述高速相機中采集所述原始顆粒圖像；
[0008]所述FPGA電路用于從所述圖像采集電路中獲取所述原始顆粒圖像，并對所述原始顆粒圖像進行降噪和二值化處理得到第一顆粒圖像，所述FPGA電路將所述第一顆粒圖像發送給所述第一 DSP電路；
[0009]所述第一 DSP電路用于對所述第一顆粒圖像進行顆粒識別和跟蹤處理得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第一 DSP電路將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發送給所述第二 DSP電路；
[0010]所述第二 DSP電路用于根據所述第一顆粒信息對所述第二顆粒圖像進行圖像處理得到包括顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度的第二顆粒信息，所述第二DSP電路將所述第二顆粒信息發送給所述FPGA電路。
[0011]所述FPGA電路用于將所述第二顆粒信息存儲在本地存儲器內。
[0012]本實用新型的有益效果是:經過本方案的處理后，得到的最終數據量能夠比高速相機采集到的圖像數據量降低兩個數量級，為原始圖像的1/100左右，數據量大大降低，使得系統得到的數據的本地存儲和實時網絡傳輸成為可能，并可由遠程主機進一步歸檔、可視化。
[0013]該系統充分利用高速相機的性能又克服傳統顆粒識別(PIV等)儀器安裝布置的不便，再加上靈活的數據傳輸、存儲方式，使得PIV技術能輕便、靈活地運用于更廣泛領域。
[0014]整個圖像處理系統輸出的是提取后的關鍵信息(顆粒大小、形狀、位置、濃度、速度等)，可供后續深入分析及可視化表達。由于該系統功能完備，可以獨立安裝部署，在極端環境監測(如海底、高空)和高清實時監控等方面有重大應用價值。
[0015]本方案結合后端軟件還可以用于生物檢測等其它多種目的。
【【附圖說明】】
[0016]圖1是本實用新型一種實施例的顆粒圖像實時處理系統示意圖。
【【具體實施方式】】
[0017]以下對實用新型的較佳實施例作進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，一種實施例的顆粒圖像實時處理系統，包括:高速相機、圖像采集電路、FPGA電路、第一 DSP電路、第二 DSP電路、網絡模塊和遠程控制主機。
[0019]所述高速相機用于拍攝顆粒圖像，在一個實施例中，高速相機的拍攝速度為500fpso
[0020]所述圖像采集電路用于從所述高速相機中采集所述顆粒圖像。
[0021]所述FPGA電路用于從所述圖像采集電路中獲取所述顆粒圖像，并對所述顆粒圖像進行第一圖像處理(預處理)，得到第一顆粒圖像，所述FPGA電路將所述第一顆粒圖像發送給所述第一 DSP電路；
[0022]所述第一 DSP電路用于對所述第一顆粒圖像進行第二圖像處理，得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第二圖像處理包括顆粒識別和跟蹤，所述第一 DSP電路將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發送給所述第二 DSP電路。每個DSP可以具有多個核心，可以并行處理每幀顆粒圖像。
[0023]顆粒識別和跟蹤是比較成熟的技術，目前具有多種不同的算法，本實施例可以采用PIV算法進行顆粒識別和跟蹤。
[0024]所述第二 DSP電路用于根據所述第一顆粒信息對所述第二顆粒圖像進行第三圖像處理，得到第二顆粒信息，所述第二顆粒信息包括:顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度，所述第二 DSP電路將所述第一顆粒信息和第二顆粒信息發送給所述FPGA電路。經過第二 DSP電路的處理，獲得了顆粒圖像的關鍵信息。
[0025]所述FPGA電路可以將所述第一顆粒信息和第二顆粒信息存儲在本地存儲器，如SD卡中。
[0026]所述FPGA電路也所述第一顆粒信息和第二顆粒信息通過網絡模塊發送給所述遠程控制主機。
[0027]所述遠程控制主機根據所述第一顆粒信息和第二顆粒信息進行信息歸檔、可視化展示，例如繪制顆粒大小和顆粒速度關系的直方圖，可以從該直方圖中清楚看出兩者關系。
[0028]圖像經處理后，數據量能夠降低兩個數量級，為原始圖像的1/100左右，這樣，實時將關鍵顆粒信息傳輸至遠程主機成為可能，為實時監控顆粒提供了基礎，在極端環境監測(如海底、高空)和高清實時監控等方面有重大應用價值。
[0029]結合后端軟件(如遠程主機安裝的應用軟件)，本實施例還可以應用于其他生物檢測等。
[0030]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【主權項】
1.一種顆粒圖像實時處理系統，其特征是，包括:高速相機、圖像采集電路、FPGA電路、第一 DSP電路和第二 DSP電路；所述圖像采集電路分別與所述高速相機與所述FPGA電路電連接，第一 DSP電路和第二 DSP電路分別與所述FPGA電路電連接； 所述高速相機用于拍攝原始顆粒圖像； 所述圖像采集電路用于從所述高速相機中采集所述原始顆粒圖像； 所述FPGA電路用于從所述圖像采集電路中獲取所述原始顆粒圖像，并對所述原始顆粒圖像進行降噪和二值化處理得到第一顆粒圖像，所述FPGA電路將所述第一顆粒圖像發送給所述第一 DSP電路； 所述第一 DSP電路用于對所述第一顆粒圖像進行顆粒識別和跟蹤處理得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，所述第一 DSP電路將所述第二顆粒圖像和第一顆粒信息發送給所述第二 DSP電路； 所述第二 DSP電路用于根據所述第一顆粒信息對所述第二顆粒圖像進行圖像處理得到包括顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度的第二顆粒信息，所述第二 DSP電路將所述第二顆粒信息發送給所述FPGA電路。2.如權利要求1所述的顆粒圖像實時處理系統，其特征是，所述FPGA電路用于將所述第二顆粒信息存儲在本地存儲器內。
【專利摘要】本實用新型公開了一種顆粒圖像實時處理系統，其中，高速相機拍攝原始顆粒圖像；圖像采集電路用于從高速相機中采集原始顆粒圖像；FPGA電路從圖像采集電路中獲取原始顆粒圖像，并對原始顆粒圖像進行降噪和二值化處理得到第一顆粒圖像，FPGA電路將第一顆粒圖像發送給第一DSP電路；第一DSP電路用于對第一顆粒圖像進行顆粒識別和跟蹤處理得到第一顆粒信息和第二顆粒圖像，第一DSP電路將第二顆粒圖像和第一顆粒信息發送給第二DSP電路；第二DSP電路用于根據第一顆粒信息對第二顆粒圖像進行圖像處理得到包括顆粒大小、顆粒形狀、顆粒位置、顆粒濃度和顆粒速度的第二顆粒信息，第二DSP電路將第二顆粒信息發送給FPGA電路。
【IPC分類】G01C11/00, G01N15/00, G01N15/06
【公開號】CN204649576
【申請號】CN201520372623
【發明人】陳道毅, 蔡加祥, 林雄偉, 李磊
【申請人】清華大學深圳研究生院
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月2日