[发明专利]一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统及方法

权利要求书

1.一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：包括实时闪电探测处理模块、背景图像数据处理模块、闪电信号与背景图像编码模块；

实时闪电探测处理模块接收背景图像数据处理模块转发的整帧原始图像数据，循环缓存相邻的多帧数据，根据闪电探测算法，多个FPGA协同并行处理当前帧和缓存的相邻多帧数据，实时检测与识别出当前帧的闪电信号，完成闪电信息编码并输出到闪电信号与背景图像编码模块；

背景图像数据处理模块接收高速串行总线发送来的焦面原始图像数据，并转发给实时闪电探测处理模块，同时根据地面遥控指令从当前帧中抽取指定区域的原始图像数据块；

闪电信号与背景图像编码模块接收实时闪电探测处理模块输出的闪电编码数据，同时接收背景图像数据处理模块输出的指定区域的原始图像数据块，重新组合编码后按照总线标准发送给外部数传设备；

所述的实时闪电探测处理模块包括多FPGA并行处理单元、高速循环存储器缓存单元、闪电信号编码单元、数据通信控制单元；

多FPGA并行处理单元接收数据通信控制单元转发的原始图像数据，每个FPGA处理一个分区的闪电图像数据；同时将该分区数据存储在高速循环存储器缓存单元；

所述高速循环存储器缓存单元是一组随机存储器，使用F帧来进行闪电探测时候，若采用低速随机存储器时，由F个低速随机存储器芯片组成，每个存储器芯片保存一帧图像数据；若采用高速随机存储器时，采用位宽扩展方式，使用两组存储器在像元时间内完成乒乓缓存操作，具体为：使用两组DDR2，每组一个存储单位要缓存6帧的同一个像元位置的数据，扩展后位宽是72bits；每处理一个当前帧像元的数据就读出临近6帧同一像元位置的数据，然后将最临近的5帧像元数据与当前帧像元的数据拼成72bits数据写入另一组DDR2里；

闪电信号编码单元完成多FPGA并行处理单元检测出有效闪电信号的信息编码；

数据通信控制单元作为与背景图像数据处理模块的接口，接收背景图像数据处理模块转发的整帧原始图像数据，将该帧原始图像数据分发给多FPGA并行处理单元的每个FPGA，接收闪电信号编码单元输出的闪电编码数据转发给闪电信号与背景图像编码模块。

2.根据权利要求1所述的一种多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：按照SpaceWire总线格式发送给外部数传设备。

3.根据权利要求1所述的多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：所述的多FPGA并行处理单元采用N片SRAM型FPGA，当接收到数据通信控制单元转发的原始图像数据时，每个SRAM型FPGA处理一个分区的闪电图像数据。

4.根据权利要求3所述的多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：所述根据FPGA的数量将一个图像帧分成N个分区，每个SRAM型FPGA处理一个分区的闪电图像数据的具体处理方式为：首先将分区数据存储在FPGA的片内存储器，同时将该分区数据存储在由N个区域组成高速循环存储器缓存单元的一个区域，然后读取高速循环存储器缓存单元其它区域存储的前N-1帧的相同位置分区数据；对当前帧的分区中每个像元幅值进行限幅，如果像元幅值大于信号限幅设定值，则用信号限幅设定值代替当前像元幅值进行背景评估，否则直接使用当前幅值进行背景评估值计算；根据前几帧和当前帧的同一像元位置的幅值进行加权求和，如果当前像元幅值大于背景评估值那么判断该像元位置有可能存在闪电信号，反之判断该像元位置不存在闪电信号；设置一组阈值分级表，根据背景评估值在阈值表中查找对应的阈值，将备选闪电像元的幅值与背景评估值做减后的信号值与阈值进行比较，如果大于阈值，则认为该信号值就是当前像元位置的闪电信号幅值，否则认为该像元位置未发生闪电，不存在闪电信号。

5.根据权利要求3所述的多FPGA协同星上实时闪电图像处理系统，其特征在于：所述的闪电信号编码单元对于多FPGA并行处理单元检测出有效闪电信号进行闪电信息编码，内容包括闪电位置、闪电强度、背景评估值、阈值、位置校验码和闪电时间，闪电时间为当前帧的时刻。