时间：2025-03-06 来源：FPGA_UCY 关于我们 0
本发明专利技术公开一种基于FPGA的双像素超声全聚焦系统及实现方法，采用双口ram模块分别从双口ram模块中的两个端口同时存储相邻奇偶像素数据，将所有激发周期得到的超声数据进行叠加得到图像数据，完成全聚焦的过程。该系统在不增加FPGA片上存储器资源，不增加FPGA的成本。同时进行相邻两个聚焦像素点的计算，超声全聚焦帧率提升两倍。相对于单口ram，存储资源占用是一样的，双口ram的结构如图1所示，可以同时从A，B口读写数据。
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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业无损检测，特别是一种基于fpga的双像素超声全聚焦系统及实现方法。
技术介绍
1、超声波相控阵检测技术是工业无损检测领域的一种常用方法，相控阵技术具有快速、准确和适应性强等优点，在实际的超声检测中应用广泛。由于超声相控阵只能进行单点的实时聚焦，成像分辨率和准确度有限，近年来逐步被超声全聚焦技术所取代，超声全聚焦技术是一种高级的超声波成像技术，通过采集被测区域内任意点的全矩阵回波数据并进行虚拟聚焦，能够克服相控阵技术的缺点。
2、超声全聚焦产生一幅图像需要多个激发周期，每次一个阵元发射多个阵元同时接收，并对多个阵元接收的数据进行聚焦运算获得一幅灰度图像，最后输出的结果是多个激发周期获得的灰度图像的叠加。现有技术一般是通过两种方式实现全聚焦的计算，一种是将所有激发周期接收的全部数据上传到上位机，通过上位机的gpu运算。一种是在fpga进行实时计算。
3、由于超声全聚焦数据量大，计算过程时间长，成像帧率较低，专利《一种基于fpga实现的高帧率超声全聚焦成》(公布号)提出了一种fpga全聚焦的实现方法，并通过并行方式实现了帧率的提升，然而并行的方式需要多消耗fpga的片上存储器资源（），例如一个周期内先后发射两个阵元并存储采集的数据，那么就需要多一倍的片上存储器资源去存储采集的超声数据。由于fpga片上存储器资源并不大，中端的fpga片上存储器资源大概十几二十兆比特，片上存储器资源越大，fpga的成本越高，所以当并行数到一定的数量后，成像帧率无法继续提升。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于fpga的双像素超声全聚焦系统及实现方法，该系统利用双口ram模块同时计算奇偶像素得到超声全聚焦图像，提高了聚焦帧率。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供的基于fpga的双像素超声全聚焦系统，包括双口ram模块、奇像素聚焦模块、偶像素聚焦模块和图像叠加模块；
4、所述双口ram模块，用于存储超声数据，所述超声数据中的相邻奇偶像素数据分别从双口ram模块中的两个口同时进行数据读取；
5、所述奇像素聚焦模块与每个双口ram模块其中的一个端口连接，用于聚焦奇像素点；
6、所述偶像素聚焦模块与每个双口ram模块其中的另一端口连接，用于聚焦偶像素点；
7、所述图像叠加模块分别与奇像素聚焦模块、偶像素聚焦模块连接，用于将所有激发周期得到的超声数据进行叠加得到图像数据，完成全聚焦的过程。
8、进一步，还包括声程数据合成模块，所述声程数据合成模块用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，得到奇像素点的声程数据并用于奇像素聚焦模块的索引，以及得到偶像素点的声程数据并用于偶像素聚焦模块的索引。
9、进一步，所述双口ram模块中的声程数据包括每个聚焦奇像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；以及每个聚焦偶像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；将对应阵元的声程数据存储于外部存储器中，所述外部存储器与声程数据合成模块连接。
10、进一步，所述声程数据合成模块，用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，在阵元发射后，通过多个adc模块同时采样多个阵元接收到的超声数据，并根据所需要检测的深度保存相应长度的超声数据在双口ram模块中，双口ram模块读写的是同一个存储区域，通过设置于双口ram模块上的a口或者b口将声程数据写入。
11、进一步，所述双口ram模块与探头阵元数量对应匹配，所述adc模块与双口ram模块数量对应匹配。
12、进一步，所述奇像素聚焦模块，用于聚焦奇像素点的灰度计算，接收声程数据合成模块合成的奇像素点的声程数据，通过多个双口ram模块中的一个端口同时索引超声数据，聚焦计算当前奇像素点的灰度值。
13、进一步，所述偶像素聚焦模块用于，聚焦偶像素点的灰度计算，接收声程数据合成模块合成的偶像素点的声程数据，通过多个双口ram模块中的另一个端口同时索引超声数据，聚焦计算当前偶像素点的灰度值。相邻的两个奇偶像素点同步计算。
14、本专利技术提供的基于fpga的双像素超声全聚焦实现方法，包括以下步骤：
15、将超声数据存储于双口ram模块存储中；
16、从双口ram模块的一端口读取超声数据中的奇像素数据；同时从双口ram模块的另一端口读取超声数据中的偶像素数据；
17、将所有激发周期得到奇像素数据和偶像素数据进行叠加得到图像数据，完成全聚焦的过程。
18、进一步，所述全聚焦的过程具体是在图像叠加模块中完成，按照以下步骤进行：
19、从双口ram模块中的一个端口读取奇像素位置的灰度值，将当前发射阵元的奇像素灰度值与奇像素聚焦模块中奇像素灰度像素值相加，完成奇像素叠加的过程；
20、从双口ram模块中的另一端口读取偶像素位置的灰度值，将当前发射阵元的偶像素灰度值与偶像素聚焦模块得到偶像素灰度像素值相加，完成偶像素叠加的过程；
21、当所有阵元激发完，叠加所有阵元激发生成的灰度图后，将最后的灰度图发送到上位机进行显示，同时清空图像叠加模块。进一步，所述从双口ram模块的端口读取超声数据是根据相邻奇偶像素点的声程数据进行的，具体如下：利用奇像素点的声程数据作为读取奇像素点的索引，利用偶像素点的声程数据作为读取偶像素点的索引。
22、本专利技术的有益效果在于：
23、本专利技术提供的基于fpga的双像素超声全聚焦系统及实现方法，采用双口ram模块分别从双口ram模块中的两个端口同时读取相邻奇偶像素的超声数据，合成奇偶像素的灰度值，将所有激发周期得到的超声数据进行叠加得到图像数据，完成全聚焦的过程。该系统在不增加fpga片上存储器资源，不增加fpga的成本。同时进行相邻两个聚焦像素点的计算，超声全聚焦帧率提升两倍。相对于单口ram，存储资源占用是一样的，可以同时从a，b口读写数据。
24、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
【技术保护点】
1.基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：包括双口ram模块、奇像素聚焦模块、偶像素聚焦模块和图像叠加模块；
2.如权利要求1所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：还包括声程数据合成模块，所述声程数据合成模块用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，得到奇像素点的声程数据并用于奇像素聚焦模块的索引，以及得到偶像素点的声程数据并用于偶像素聚焦模块的索引。
3.如权利要求2所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述双口ram模块中的声程数据包括每个聚焦奇像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；以及每个聚焦偶像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；将对应阵元的声程数据存储于外部存储器中，所述外部存储器与声程数据合成模块连接。
4.如权利要求2所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述声程数据合成模块，用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，在阵元发射后，通过多个ADC模块同时采样多个阵元接收到的超声数据，并根据所需要检测的深度保存相应长度的超声数据在双口ram模块中，双口ram模块读写的是同一个存储区域，通过设置于双口ram模块上的A口或者B口将声程数据写入。
5.如权利要求4所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述双口ram模块与探头阵元数量对应匹配，所述ADC模块与双口ram模块数量对应匹配。
6.如权利要求1所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述奇像素聚焦模块，用于聚焦奇像素点的灰度计算，接收声程数据合成模块合成的奇像素点的声程数据，通过多个双口ram模块中的一个端口同时索引超声数据，聚焦计算当前奇像素点的灰度值。
7.如权利要求1所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述偶像素聚焦模块，用于聚焦偶像素点的灰度计算，接收声程数据合成模块合成的偶像素点的声程数据，通过多个双口ram模块中的另一个端口同时索引超声数据，聚焦计算当前偶像素点的灰度值，相邻的两个奇偶像素点同步计算。
8.基于FPGA的双像素超声全聚焦实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦实现方法，其特征在于：所述全聚焦的过程是在图像叠加模块中完成，具体按照以下步骤进行：
10.如权利要求9所述的基于FPGA的双像素超声全聚焦实现方法，其特征在于：所述从双口ram模块的端口读取超声数据是根据相邻奇偶像素点的声程数据进行的，具体如下：利用奇像素点的声程数据作为读取奇像素点的索引，利用偶像素点的声程数据作为读取偶像素点的索引。
【技术特征摘要】
1.基于fpga的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：包括双口ram模块、奇像素聚焦模块、偶像素聚焦模块和图像叠加模块；
2.如权利要求1所述的基于fpga的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：还包括声程数据合成模块，所述声程数据合成模块用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，得到奇像素点的声程数据并用于奇像素聚焦模块的索引，以及得到偶像素点的声程数据并用于偶像素聚焦模块的索引。
3.如权利要求2所述的基于fpga的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述双口ram模块中的声程数据包括每个聚焦奇像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；以及每个聚焦偶像素点到阵元的发射声程数据和接收声程数据；将对应阵元的声程数据存储于外部存储器中，所述外部存储器与声程数据合成模块连接。
4.如权利要求2所述的基于fpga的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：所述声程数据合成模块，用于同时合成相邻奇偶像素点的声程数据，在阵元发射后，通过多个adc模块同时采样多个阵元接收到的超声数据，并根据所需要检测的深度保存相应长度的超声数据在双口ram模块中，双口ram模块读写的是同一个存储区域，通过设置于双口ram模块上的a口或者b口将声程数据写入。
5.如权利要求4所述的基于fpga的双像素超声全聚焦系统，其特征在于：...
【专利技术属性】
技术研发人员：骆琦，胡庆荣，蔡庆生，
申请(专利权)人：广州多浦乐电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
全部详细技术资料下载 我是这个专利的主人
