(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 202210473725.7 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 北京控制工程研究所 地址 100080 北京市海淀区北京272 9信箱 (72)发明人 肖阳　熊军　施蕾　叶有时　冯丹　 姜宏　王显　徐鑫　李嘉林　路瑶　 刘波　曹海宁　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 陈鹏 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) G06F 5/06(2006.01) (54)发明名称 一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓 冲逻辑设计方法 (57)摘要 一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓 冲逻辑设计方法， 按照预设通讯协议对虚拟多路 相机的图像数据进行分拆预处理， 生成模拟多通 道相机阵列的数据流； 数据流经双通道的光纤传 输， 保证了数据传输速率和数据的安全性； 数据 流的高传输速率和数据通讯协议保证了输入 FPGA并行图像算法模块的多路相机数据的同步 性； 在图像接收端采用按行循环缓冲方式降低了 FPGA硬件资源消耗； 可对航天器外的相机阵列进 行模拟， 无须实际的相机阵列， 大大降低了硬件 和算法迭代及测试成本， 提高了开发、 测试的效 率和准确性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114785932 A 2022.07.22 CN 114785932 A 1.一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特 征在于包括： (1)读取并缓存单路相机的N帧图像， 模拟N路虚拟相机阵列的一帧图像， 进入步骤(2)； (2)并行对N帧图像进行按行分拆处理， 并在行首添加帧头、 行计数、 行数据量， 在帧尾 添加校验和， 形成N列并行的相机阵列模拟数据流， 进入步骤(3)； (3)将相机阵列模拟数据流写入， 完成接收后， 进入步骤(4)； (4)根据行计数、 行数据量、 校验和对图像数据流的正确性进行校验， 若出现数据量错 误、 校验和错 误的问题， 进入步骤(5)， 否则进入步骤(6)； (5)切换至数据接收的备份通道读取相机阵列模拟数据流， 若备份通道内数据流正确， 进入步骤(6)； 若备份通道内数据流仍出错， 停止接收并建立对应的错误标志， 经打印串口 反馈， 重新发送当前帧数据； (6)根据收到的数据流中的帧头信息， 依次将N路相机模拟数据流分发至对应的数据缓 存区， 进入步骤(7)； (7)各数据缓存区中若存在一行以上可用数据后， 则产生数据准备好标志， 进入步骤 (8)； (8)判断到数据准备好标志后， 由缓存区读取当前行数据， 读取N个相机的一行数据， 读 取完成后给 出数据读取完成tick， 进入步骤(9)； (9)判断到数据读取完成tick后， 修改行缓存的状态标志， 进行后续相机数据流的缓 存。 2.一种根据权利要求1所述的基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计系统， 其特征在于： 包括图像预处 理FPGA、 光纤发送控制FIFO、 图像接收FPGA、 备份通道FIFO， 其中： 图像预处理FPGA读取并缓存单路相机的N帧图像， 模拟N路虚拟相机阵列的一帧图像， 并行对N帧图像进 行按行分拆处理， 并在行首添加帧头、 行计数、 行数据量， 在帧尾添加校验 和， 形成N列并行的相机阵列模拟数据流； 图像预处理FP GA将相机阵列模拟数据流写入光纤发送控制FIFO， 相机阵列模拟数据流 经主备份双路光纤后， 由图像接收FPGA的光纤接收控制模块接收； 图像接收FPGA接收相机阵列模拟数据流， 根据行计数、 行数据量、 校验和对图像数据流 的正确性进 行校验， 若 出现数据量错误、 校验和错误的问题， 则利用图像接收FPGA切换至光 纤接收控制逻辑的备份通道FIFO读取相机阵列模拟数据流， 若备份通道内数据流仍出错， 停止接收并建立对应的错误标志， 经打印串口反馈， 由图像预处理FPGA重新发送当前帧数 据； 若无数据量错误、 校验和错误的问题， 或备份通道内数据流正确， 图像接收FP GA中根据 收到的数据流中的帧头信息， 依次将N路相机模拟数据流分发至对应的数据缓存区； 各数据缓存区中若存在一行以上可用数据后， 则产生数据准备好标志， 图像接收FPGA 判断到数据准备好标志后， 由缓存区读取当前行数据， 并行 的读取N个相机的一行数据， 读 取完成后给 出数据读取完成tick， 否则继续 等待后续的相机模拟数据流； 图像接收FPGA根据给出的数据读取完成tick后， 修改行缓存 的状态标志， 进行后续相 机数据流的缓存。 3.根据权利要求1所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114785932 A 2其特征在于： 所述数据缓存区大小根据对应FPGA器件的资源大小配置， 可同时缓存一个相机的M行 数据。 4.根据权利要求2所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像预处理FPGA对N帧原始图像进行并行分拆预处理， 添加帧头、 帧尾信息字， 图 像信息处理后经光纤发送至图像接收FPGA， 图像接收FPGA依据通讯协议解析帧头帧尾， 对 数据流进行分拆缓存， 形成N列并行的模拟N列相机的图像数据流。 5.根据权利要求3所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像预处理FPGA、 图像接收FPGA间的通讯协议根据不同产品的实际应用需求配 置。 6.根据权利要求4所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像数据流经图像预处理FP GA发送至图像接收FPGA时， 采用主备份的两路光纤发 送数据， 两路光纤同时发送相同数据。 7.根据权利要求6所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像数据流正常时， 图像接收FPGA由主份光纤的缓存FIFO中读取数据， 当发生帧 头、 帧尾信息的校验错误时， 图像接收FPGA由备份光纤的缓存FIFO中读取数据， 若校验正 确， 则使用备份数据， 若校验仍错误， 则建立对应的错误标志， 经串口反馈错误信息， 图像预 处理FPGA重新发送当前 行数据。 8.根据权利要求7所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述根据任务需求的速率及安全需求， 两路光纤通路采用主备份工作方法或将数据分 拆并行发送以扩展数据传输带宽 。 9.根据权利要求5所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像接收FP GA的N路相机数据缓存区， 对于每路图像均有缓存M行数据的空间， M大 于等于2， 可根据FPGA硬件资源开销和速率匹配情况选取。 10.根据权利要求9所述的一种基于光纤的虚拟高速相机阵列 数据缓冲逻辑设计方法， 其特征在于： 所述图像接收FPGA的N路相机数据缓存区， 对图像数据流采用按行的循环缓存方法， 具 体为： 图像接收FPGA依 1到M行的顺序缓存图像数据， 各行缓存完成后， 均有缓存完成tick， 根 据缓存完成tick于需要时提取图像数据； 光纤发送数据同时于其他行进行缓存， 各行图像数据读取完成后， 当前的缓存空间将 被释放以接收新的图像数据； 所述图像预处 理FPGA， 或由外 部同步串口注入N帧特定图像数据作为图像的输入 源。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114785932 A 3