[发明专利]一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器

权利要求书

1.一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：该实时控制器是多层共轭自适应光学系统的控制核心，完成大视场夏克-哈特曼波前传感器的图像采集，预处理，子孔径图像的斜率计算，波前复原，波前控制以及电压输出功能；该实时控制器以多核CPU为计算平台，通过在Linux操作系统上将非实时系统改造成准实时系统并且结合多种并行加速手段，从而满足多层共轭自适应光学系统实时控制器对实时性的要求；

该控制器包括大视场夏克-哈特曼波前传感器相机，CameraLink转四路光纤盒，图像预处理卡，光纤采集卡，多核CPU实时处理机，光纤转数字信号卡，高压放大器，上位机监控电脑组成；大视场夏克-哈特曼波前传感器相机得到的图像通过Full模式的CameraLink接口传输给CameraLink转四路光纤盒，然后在光纤盒内将CameraLink协议的数据转换为光纤协议的数据输出到图像预处理卡中；在图像预处理卡中对接收到的每一帧图像进行减暗背景和乘平场处理，将处理后的图像通过光纤输出到光纤采集卡；光纤采集卡通过光纤接口接收到光纤协议的数据后再通过PCIe接口发送给多核CPU实时处理机；多核CPU实时处理机内需要完成波前子区域斜率计算，斜率插值以及波前复原和波前控制运算，每接收到一帧图像都会产生一个中断，多核CPU实时处理机需要在下一帧图像到来之前，计算得到当前帧的计算结果，并将计算结果发送给采集卡，从而保证实时性；多核CPU获取的波前图像以及通过计算得到的中间结果都会通过网络上传至上位机进行显示，与此同时，上位机也会通过网络发送控制命令和状态来控制多核CPU实时处理机的运行状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的大视场夏克-哈特曼波前传感器的图像采集，预处理，子孔径图像的斜率计算，波前复原，波前控制以及电压输出功能分别由大视场夏克-哈特曼波前传感器相机，CameraLink转四路光纤盒，图像预处理卡，光纤采集卡，多核CPU实时处理机，光纤转数字信号卡，高压放大器，上位机监控电脑来实现。

3.根据权利要求1所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的将非实时系统改造成准实时系统主要在于内核裁剪，安装实时补丁，关闭超线程，核心分离，线程绑定，以达到让操作系统实时响应任务的能力。

4.根据权利要求1所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的多种并行加速手段主要在于多核并行，线程级并行，指令级并行，数据级并行，以及循环展开优化，以达到任务实时并行处理的能力。

5.根据权利要求2所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的大视场夏克-哈特曼波前传感器相机采用Full模式的CameraLink高速接口输出图像数据。

6.根据权利要求2所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的CameraLink转四路光纤盒采用的是Full模式的Cameralink高速接口输入，FPGA芯片作为图像处理核心，四路光纤接口作为图像输出；其主要功能是将Cameralink接口的相机信号转换成光纤信号输出，同时通过上位机加载参数来控制相机的参数设置。

7.根据权利要求2所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的图像预处理卡采用的是四路光纤输入、四路光纤输出以及FPGA芯片作为图像处理核心，其主要功能在于对图像进行减暗背景和乘平场预处理操作，通过上位机加载暗背景图像和平场图像。

8.根据权利要求2所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的光纤采集卡采用的是四路光纤输入，采用FPGA芯片作为图像处理核心，采用PCIe3.0接口输出，其主要功能在于将预处理后的图像通过DMA的方式输送到多核CPU实时处理机中。

9.根据权利要求2所述的一种基于通用平台的多层共轭自适应光学的实时控制器，其特征在于：所述的多核CPU实时处理机采用的是主频高，缓存大，内存大的Inteli7多核处理器，具有较高的浮点计算能力，同时该实时处理机具有丰富的外部接口，使用PCIe3.0接口接受图像信号和输出电压信号，通过千兆网口接受上位机的控制命令和数据请求；

所述的光纤转数字信号卡采用的是FPGA作为计算核心，以光纤为输入，并口为输出，其主要功能是将接收到的多路电压串行信号转换成并行接口输出；

所述的高压放大器主要用于将接收到的并行电压信号进行DA转换和放大，从而控制多块变形镜；

所述的上位机监控电脑主要通过网络与CameraLink转四路光纤盒之间完成相机和盒子的复位以及参数设置，与图像预处理卡之间完成平场和暗场数据的加载，与多核CPU实时处理机之间完成控制参数及控制状态的加载，同时请求多核CPU实时处理机传回的图像以及中间计算结果，以供上位机监视。