(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210259280.2 (22)申请日 2022.03.16 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 王澄非　高梦圆　徐莹壳　何小元　 (74)专利代理 机构 南京众联专利代理有限公司 32206 专利代理师 张天哲 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/217(2011.01) H04N 5/232(2006.01) H04N 5/265(2006.01) H04N 7/18(2006.01) (54)发明名称 一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系 统 (57)摘要 本发明涉及一种基于FPGA的桥梁水下基础 表观检测系统， 采用相机阵列实现桥梁水下基础 结构的表观检测， 该检测系统由CSI ‑2汇流模块 和主控模块构成。 其中， 汇流模块以MIPI  CSI‑2 协议为核心， 在主控模块的控制下， 同步读取四 路CSI‑2相机数据， 将四路图像数据汇总合并后， 再转成CSI ‑2协议所定义的数据流格式转发给主 控模块。 主控模块采用SoC  FPGA技术， 完成对 CSI‑2汇流模块的控制和图像数据的接收， 并将 图像数据通过千兆以太网传输至PC端。 本发明采 用光学图像传感器技术， 采用相机阵列结构， 以 MIPI CSI‑2作为相机接口， 以FPGA器件作为本系 统的实现方案， 具有轻量化、 功耗低、 成本低廉、 便于后期维护、 升级等优点， 为解决水下结构表 观检测的现存问题提供一种实现方案 。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 114630034 A 2022.06.14 CN 114630034 A 1.一种基于FP GA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 包括： 4  X 4相机阵列、 图 像采集模块、 汇流模块、 主控 模块， 其中， 所述4 x 4相机阵列采用MIPI  CSI‑2图像传感器， 所述4  x 4相机阵列通过外部触发接 口完成同步配置及触发； 所述图像采集模块包含四个图像传感器， 共包含四个图像采集模块； 所述图像采集模 块基于MIPI CSI‑2 子系统实现图像数据的采集； 所述汇流模块用于对单个图像采集模块中的四路图像数据实现汇流； 所述汇流模块利 用缓存模块将四路图像数据依次按Z字形拼接， 合成一帧图像数据； 所述主控模块实现对四个汇流模块的同步控制， 通过分配器将控制信号同步发送至汇 流模块； 所述主控模块实现对四个汇流模块的图像数据的采集； 所述主控模块采用SoC   FPGA技术， 将所采集到的图像数据通过千兆以太网传输 至PC端。 2.如权利要求1所述一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 所述图 像传感器采集图像采用全画幅2  x 2 binning模式,  图像分辨率为1280  x 720， 物距为 15mm， 系统检测视场范围约为6 00cm x 400cm, 系统检测精度小于1m m。 3.如权利要求1所述的一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 所述 图像采集模块实现四路相机的同步初始 化配置和图像数据的采集， 包括对 所采集到的图像 数据进行去马赛克处 理。 4.如权利要求1所述的一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 所述 汇流模块通过DDR3控制模块完成图像数据的乒乓操作， 实现图像数据的无缝缓存； 根据 AXI  Stream图像数据中的行结束信号、 数据有效信号以及帧起始信号对四路图像数据按照Z字 形拼接。 5.如权利要求1所述的一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 所述 主控模块通过PL端实现图像传感器控制信号产生模块、 分配模块、 缓存模块以及以太网数 据打包模块， 通过P S端实现以太网数据传输的控制。 6.如权利要求1所述的一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 采用 电阻网络实现FMC与MIPI  CSI‑2协议所定义的DPHY电平标准的转换； 其中， 汇 流模块转接板 包括四个MIPI  CSI‑2 RX接口和一个MIPI  CSI‑2 TX接口； 主控模块转接板包括四个MIPI   CSI‑2 RX接口。 7.如权利要求1所述的一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 其特征在于， 采用 千兆以太网对采集到的图像数据进 行传输， 利用以太网采用PoE供电技术， 进一步 实现轻量 化的目标。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114630034 A 2一种基于FPGA的 桥梁水下基础表观检测系统 技术领域 [0001]本发明涉及图像传感器检测领域， 特别是涉及一种基于FPGA的桥梁水下基础表观 检测系统。 背景技术 [0002]在桥梁的服役过程中， 其水下基础会受到不 同程度的损伤， 进而破坏桥梁的整体 结构， 造成重大财产损失和人员伤亡。 在桥梁水下结构表观检测相关技术的研究对响应我 国危旧桥梁改造方案， 促进我国基础建设向全寿命可持续转型升级等具有重大经济与社会 意义。 然而， 在相关技术的实际应用过程中， 出现了很多难以克服的问题,如水质混浊， 光照 条件较差所导致的识别准确 率低； 水流速度大导致的检测设备稳定性差； 水下结构较深导 致的供电、 防水困难等一系列难题。 此外， 现存检测设备还存在体积较大， 功耗大， 安装困 难， 实现成本较高， 可扩展性较差， 后期升级、 维护较为困难等 弊端。 发明内容 [0003]为解决上述存在的技术问题， 本 发明提供一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测 系统。 本发明系统具有轻量化、 功耗低、 成本低廉、 便于后期维护、 升级等优点， 为解决水下 结构表观检测的现存问题提供一种实现方案 。 [0004]本发明涉及一种基于FPGA的桥梁水下基础表观检测系统， 所述桥梁水下基础表观 检测方法包括： 4  X 4相机阵列、 图像采集模块、 汇流模块、 主控 模块， 其中， 所述4 x 4相机阵列采用MIPI  CSI‑2图像传感器， 所述4  x 4相机阵列通过外部触 发接口完成同步配置及触发； 所述图像采集模块包含四个图像传感器， 共包含四个图像采集模块。 所述图像采 集模块基于 MIPI CSI‑2 子系统实现图像数据的采集； 所述汇流模块用于对单个图像采集模块中的四路图像数据实现汇流。 所述汇流模 块利用缓存 模块将四路图像数据依次按Z字形拼接， 合成一帧图像数据； 所述主控模块实现对四个汇流模块的同步控制， 通过分配器将控制信号同步发送 至汇流模块。 所述主控模块 实现对四个汇流模块的图像数据的采集。 所述主控模块采用SoC   FPGA技术， 将所采集到的图像数据通过千兆以太网传输 至PC端。 [0005]进一步地， 所述图像传感器采集图像采用全画幅2  x 2 binning模式,  图像分辨 率为1280  x 720， 物距为15mm， 系统检测视场范围约为600cm  x 400cm, 系统检测精度小于 1mm。 [0006]进一步地， 所述图像采集模块实现四路相机的同步初始化配置和图像数据的采 集。 对所采集到的图像数据进行去马赛克处 理。 [0007]进一步地， 所述汇流模块根据AXI  Stream图像数据中的行结束信号、 数据有效信 号以及帧起始信号对四路图像数据按照Z字形拼接 。 [0008]进一步地， 所述主控模块通过P L端实现图像传感器控制信号产生模块、 分配模块、说　明　书 1/3 页 3 CN 114630034 A 3