[发明专利]一种基于FPGA的图像处理系统及方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的图像处理系统，其特征在于，包括：

光信号传感探测模块，其用于对待观察的信号进行扫描，并采集光信号；

光电转化模块，其与所述光信号传感探测模块连接，用于将光信号转换为电信号，并对电信号进行去噪处理，得到净化电信号；

电信号采集处理模块，其与所述光电转化模块连接，用于将净化电信号进行AD采样，得到数字信号，并对数字信号在FPGA中进行算法处理；

所述光信号传感探测模块包括光源、光信号干涉仪和光信号放大器，所述光源用于为待测试部分提供光信号，所述光信号干涉仪用于将经过测试部分的光信号按干涉条件分离为两个光信号，并将两个光信号输入光信号放大器，所述光信号放大器用于提高所述被分离的光信号的强度并输出：第一光信号、第二光信号；

所述光电转化模块包括第一探测器、第二探测器和比较器，所述第一探测器用于接受所述第一光信号并将其转换为第一电信号，所述第二探测器用于接受所述第二光信号并将其转换为第二电信号；所述比较器用于通过将第一电信号和第二电信号进行比较，去除所述第一电信号和第二电信号中的直流分量，得到所述净化电信号；

所述电信号采集处理模块中FPGA中进行算法处理通过背景噪声去除单元、信号存储单元、小波分析去噪单元、色散补偿单元、对数量化单元和K-均值算法处理单元实现，所述背景噪声去除单元用于将所述光信号传感探测模块采集的实际测试信号与背景信号库进行比较，去除实际测试信号中的背景信号，以得到去背景信号，背景信号为与当前测试条件相似度高于70％的信号；所述信号存储单元用于存储所述去背景信号并将去背景信号发送至小波分析去噪单元进行去噪，再依次经过色散补偿、对数量化和K-均值算法处理，得到与图像相对应的最终信号；

所述背景信号库通过以下方式获得：采集不同环境下被测试区域的空白光信号，并将其转化为背景电信号，对背景电信号进行去噪，得到去噪背景电信号，建立背景信号库；

所述实际测试信号通过以下方式获得：采集实时光信号，将实时光信号转化为实时电信号，对实时电信号进行去噪，得到去噪实时电信号，即实际测试信号；

去除实际测试信号中的背景信号具体为：将去噪实时电信号与背景电信号库中的信息进行比较，选择测试条件相似度最高的信号作为背景信号并进行比较，去除实时电信号中的背景电信号，得到去背景信号。

2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的图像处理系统，其特征在于：所述处理系统还包括一显示模块，所述显示模块与电信号采集处理模块连接，其用于显示所述电信号采集处理模块处理后的信号。

3.如权利要求1所述的一种基于FPGA的图像处理系统，其特征在于：所述K-均值算法处理单元处理步骤为：

A、初始化：输入基因表达矩阵作为对象集X，输入指定聚类类数N，并在X中随机选取N个对象作为初始聚类中心，设定迭代中止条件，进行迭代；

B、分配聚类：根据相似度准则将数据对象分配到最接近的聚类中心，从而形成一类，初始化隶属度矩阵；

C、更新聚类中心：以每一类的平均向量作为新的聚类中心，重新分配数据对象，转入步骤A至中止；

公式一：

假设有M个数据源，C个聚类中心，μc为聚类中心，该公式的意思也就是将每个类中的数据与每个聚类中心做差的平方和，J最小，意味着分割的效果最好。

4.一种采用权利要求1至3中任一项所述基于FPGA的图像处理系统进行处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：

采集不同环境下被测试区域的空白光信号，并将其转化为背景电信号，对背景电信号进行去噪，得到去噪背景电信号，建立背景信号库；

采集实时光信号，将实时光信号转化为实时电信号，对实时电信号进行去噪，得到去噪实时电信号；

将去噪实时电信号与背景电信号库中的信息进行比较，选择测试条件相似度最高的信号作为背景信号并进行比较，去除实时电信号中的背景电信号，得到去背景信号，将去背景信号存储后进行小波分析去噪、色散补偿、对数量化和K-均值算法处理，得到与图像相对应的最终信号。

5.如权利要求4所述的一种采用基于FPGA的图像处理系统进行处理的方法，其特征在于：所述将实时光信号转化为实时电信号，对实时电信号进行去噪，得到去噪实时电信号具体包括以下步骤：

将实时电信号进行干涉分离为两个光信号，并将两个光信号进行光强度加强后输出：第一光信号、第二光信号；

将第一光信号转换为第一电信号，第二光信号转换为第二电信号，比较第一电信号和第二电信号后去除第一电信号和第二电信号中的直流分量，去噪实时电信号。