[发明专利]一种基于USB数据侦听的实时幸运成像方法及系统

说明书

本发明涉及基于USB数据侦听的实时幸运成像方法及系统，属电子与通信技术和图像处理技术领域。本发明将侦听电路的前端插入到CCD相机与PC端的USB2.0总线上，在与望远镜连接的CCD相机拍摄天文图像并将图像用USB2.0传入PC端时，通过专用USB2.0数据侦听系统对总线实现无侵入式的数据侦听，并且加以处理后，只将有效的天文图像数据发送给底板。底板基于FPGA幸运成像系统进行图像的预处理、动态选图、实时配准和叠加处理，然后采用9个实时分割阈值水平切割高分辨率图像，最后对二值图像进行动态更新和显示。本发明系统实现了幸运成像技术的实时化处理，且将天文图像原图和幸运成像结果图像都保存到PC端。

技术领域

本发明涉及一种基于USB数据侦听的实时幸运成像方法及系统，属于电子与通信技术和图像处理技术领域。

背景技术

幸运成像技术是在一系列短曝光图像中选出少量高质量的图像，然后对这些图像进行配准和叠加的事后处理技术。这种事后处理技术的缺陷是必须在对选定天文目标观测完成之后再对所得图像进行处理，这就使得天文学家无法知道关于所拍摄图像的实时信息，以至于不能及时发现观测过程中可能出现的问题，并做出快速决策。解决这一问题的办法是改进算法，增加硬件的处理能力，将幸运成像技术实时或准实时化。相较于传统的CPU串行处理方式而言，FPGA具有高并行性和灵活性，还能提供强大的并行计算能力和内存带宽，当前使用FPGA进行高速视频图像处理是图像处理领域的一个研究热点。

目前，天文幸运成像观测使用的CCD相机通常是EMCCD相机，它与PC端通过USB2.0连接并传递信息。USB是一种便捷的，点对点的数据传输方式，但该协议不支持三个设备间的数据传输。若需要实现对USB 2.0总线上数据的实时侦听和采集功能，需要使用基于USB2.0数据侦听系统来完成这个任务。

此前，已有论文和专利文献介绍过基于FPGA幸运成像系统，其系统流程是：由EMCCD相机将短曝光的天文图像用USB2.0传入PC端存储，然后通过特定程序让PC读入FITS格式的天文图像，去掉头文件后转化为只有有效图像数据的BIN文件，再通过GMII接口将图像数据将数据不断的发送给千兆网接收模块；千兆网接收模块将接收到的图像数据送入图像预处理模块，进行高斯滤波和宇宙射线的剔除，其后将预处理完毕的数据送入实时幸运成像算法处理模块；FPGA幸运成像算法模块包括DDR3存储控制模块、选图算法模块、配准算法模块和叠加算法模块；用于对预处理完成后图像数据进行存储、选图、配准和叠加处理，处理完成后送往多阈值二值化模块；多阈值二值化模块用来增强目标区域的可视性，然后将图像数据分成两路：一路经千兆网发送模块回传到PC端保存高分辨率图像，一路传给VGA控制模块，产生控制信号，控制VGA显示模块驱动FPGA片外接口电路，将高分辨率图像在VGA显示器上显示。

上述已有的基于FPGA幸运成像系统的实时处理，由于存在一个图像存储和读取的过程，实时性还有待进一步提高。如果将CCD相机拍摄的有效图像数据，不通过存储和读取的过程，直接传入FPGA系统进行幸运成像处理，便可以大大改善系统的实时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有基于FPGA幸运成像系统不能直接实时地将拍摄的数据传输给FPGA系统处理的问题，本发明提供一种基于USB数据侦听的实时幸运成像方法及系统，搭建了一个具有实时侦听、传输、处理、动态更新和显示的幸运成像系统。且实现了幸运成像技术的实时化处理，并且将天文图像原图和幸运成像结果图像都保存到PC端。

本发明技术方案是：一种基于USB数据侦听的实时幸运成像方法，包括：侦听电路的前端插入到CCD相机与PC端的USB2.0总线上，在与望远镜连接的CCD相机拍摄天文图像并将图像用USB2.0传入PC端时，侦听CCD相机和PC端之间的信号，并把CCD相机传入PC端的天文图像数据提取出来，通过底板上IO扩展口接收模块以8位并行总线的方式传到基于FPGA的幸运成像系统中；基于FPGA的幸运成像系统分析处理数据后在VGA上进行动态实时更新和显示并将结果通过千兆以太网发送模块传回到PC端。