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艾崴安检机是如何高速的采集X光立体透视图像数据的?

2017-04-26 09:43:37 来源:

[摘要]对于艾崴100100客运站全功能型X光安检机来说,要高速扫描采集出高清的X光透视画面,就需要X光射线源与X光探测器即时的上电,并通过FPGA图像数据传输板准确地与工业控制计算机的CP

对于艾崴100100客运站全功能型X光安检机来说,要高速扫描采集出高清的X光透视画面,就需要X光射线源与X光探测器即时的上电,并通过FPGA图像数据传输板准确地与工业控制计算机的CPU主板建立高速图像数据通信。想象一下,如果采集的图像细节重复数据量很大,或者传输干扰太多,那怎么能顺利的处理出高清晰的X光图片呢。武汉艾崴科技有限公司研发人员为这套X光安检机图像采集、 传输、  处理、 控制专门设计了一套时序控制电路信号传输通道,为扫描采集出高清晰的X光像片建立了高速的信号通道专线。为后面的图像危险物辨识提供了重要技术保障。Iq0安检之家
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X光高清透视效果图Iq0安检之家
在艾崴X光安检机系统中,X光探测器与图像处理工业控制计算机的双向通讯具有非对称性,由X光探测器采样扫描得到的大量图像BIT数据通过高速通道传送至图像处理工业控制计算机进行处理。然而由图像处理工业控制计算机传送给X光探测器的控制信号,因数据量较小,仅需低速通道进行传输即可,并且在X光探测器数据传输板对于高速大量图像BIT数据的处理是基于FPGA平台实现的,若同时采用单片FPGA对接收控制信号进行处理,一方面可减少硬件电路的设计负担,另一方面也降低了设备本钱。但与此同时,若该系统采用传统串行通讯方式,则在处理高速数据的FPGA电路单元中引进低速时钟线,不仅轻易受到电路板上高频信号的影响,而且由于图像处理工控电脑间隔X光探测器间隔较长,不利于时钟信号的传输。因此,对于X光安检机控制信号的传输一般采用单路串行低速通讯方式。对于这种传输方式,在FPGA上采用一种高效的数字时钟提取技术就十分必要。Iq0安检之家
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X光图像数据高速传输模似图Iq0安检之家
1X光传输板FPGA数字时钟提取环路基本原理Iq0安检之家
数字锁相环能让本地产生的时钟信号自动跟踪输进信号相位,从而实现一个闭环自动控制系统。数字锁相环的基本结构是由数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数字可控振荡器(DCO)和本地时钟源(LC)组成的一个反馈环路,其具体原理框图如图1所示。Iq0安检之家
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基于数字锁相环的数据时钟提取系统工作原理如下:本地产生一个高频率的时钟,数字鉴相器通过输进信号与估算时钟进行鉴相比较,输出鉴相信息。之后由数字环路滤波器根据鉴相信息对相位误差进行平滑运算,输出数控振荡器控制信号,通过对本地估算时钟的相位调整,终极跟踪到输进数据的位同步时钟。Iq0安检之家
2 各模块功能及实现原理Iq0安检之家
2.1 数字鉴相器Iq0安检之家
数字鉴相器用于获取输进信号与本地估算时钟的相位比较信息,常用异或门实现。在数字鉴相器中,首先将输进信号的正向过零脉冲与本地估算信号的正向过零脉冲进行比较,从中得到一个表明相位提前或延后误差的脉冲输出,其宽度反映超前(滞后)相位的多少。当本地估算信号超前于输进信号时,其输出为超前脉冲,反之,则为滞后脉冲。综合考虑到安检系统中的控制信号属于数字信号,并且由于X光安检机传输板FPGA的资源主要用于完成采集数据的处理,应尽量减少对X光安检机FPGA资源的使用。艾崴IWILDETECTOR采用了超前/滞后数字鉴相器。Iq0安检之家
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超前/滞后数字鉴相器硬件实现有两种方式,分为积分型结构与微分型结构。积分型结构的硬件实现比较复杂,但具有良好的抗干扰性能;微分型结构则具有相反特性。为了优化系统性能,选择使用微分型结构。尽管微分型结构的抗干扰能力较弱,但是结合安检机系统的实际环境,该结构可以满足系统需要。图2为微分型超前/滞后数字鉴相器的结构原理图,图3为其时序图。

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