本發(fā)明涉及紅外成像技術領域，尤其是涉及一種凝視型數(shù)字化紅外成像組件。

背景技術：

紅外熱像儀是一種用來探測目標物體的紅外熱輻射，并通過光電轉換、信號處理等手段，將目標物體的溫度分布轉換成視頻圖像的裝置。紅外熱像儀是由紅外光學系統(tǒng)、紅外探測器組件、圖像處理組件與伺服組件組成，用于獲取目標場景的紅外熱圖像，實現(xiàn)對目標物體紅外特征的精確探測。

目前紅外熱像儀研制開發(fā)需要光學、結構以及電子共同設計完成，在設計的過程中需要花費大量的時間進行電子與光學和結構協(xié)調，導致設計過程太過復雜且周期也特別長。如果能將探測器與成像電路合為一體、形成一個通用成像模塊的話，那么熱像儀的研制工作將由原來的光學、電子和結構共同主導設計簡化為根據(jù)系統(tǒng)的需求選擇合適的紅外成像組件來適應光學設計與結構設計，這將大大縮短研制周期。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中的缺點，本發(fā)明提供一種具有標準化結構和接口，可以縮短熱像儀的研發(fā)周期，并適用于多種不同類型的數(shù)字化紅外熱像儀的凝視型數(shù)字化紅外成像組件。

本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種凝視型數(shù)字化紅外成像組件，包括數(shù)字焦平面探測器、探測器接口、制冷機驅動器、信號處理器、存儲器、輸入設備以及輸出設備；

所述輸入設備與信號處理器通過通訊接口連接，輸入設備發(fā)送控制信息給信號處理器，同時接收來自信號處理器的狀態(tài)反饋信息；

所述輸出設備通過視頻顯示接口與信號處理器相連接，接收來自信號處理器的圖像數(shù)據(jù)和圖像同步信號；

所述存儲器與信號處理器相連接，存儲器存儲信號處理器處理圖像數(shù)據(jù)時所需要的參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)；

所述數(shù)字焦平面探測器通過探測器接口以及制冷機驅動器與信號處理器相連接，其中：

探測器接口將信號處理器的探測器驅動和控制信號傳輸給數(shù)字焦平面探測器，再將數(shù)字焦平面探測器的探測器數(shù)據(jù)傳遞到信號處理器；

信號處理器提供制冷機驅動器工作所需電源，制冷機驅動器與數(shù)字焦平面探測器的制冷機控制接口相連接，接收和反饋制冷機控制信號，形成控制閉環(huán)系統(tǒng)。

所述輸入設備包括外電源和上位機，外電源負責提供24V的電源；上位機為可直接發(fā)出控制命令的計算機，負責發(fā)送控制指令控制成像組件。

所述輸出設備包括Camera Link采集卡和上位機，Camera link采集卡用于采集紅外圖像數(shù)據(jù)；上位機為可直接接收控制指令的計算機，負責接收成像組件返回的指令。

所述通訊接口為RS422-通訊接口。

所述視頻顯示接口為Camera Link視頻顯示接口。

所述探測器接口是提供數(shù)字焦平面探測器工作所需的工作電壓以及數(shù)字信號的連接通道。

所述制冷機驅動器為一個濾波器，為數(shù)字焦平面探測器的制冷機提供工作電源，同時對制冷機的測溫二級管電壓信號進行濾波，并輸出給制冷機；當制冷機開始工作后將實時溫度信號反饋到制冷機驅動器，該信號經(jīng)過濾波濾去噪聲，將溫度電壓信號輸送給信號處理器。

所述信號處理器包括可編程序控制器，與該可編程序控制器相連的閃存儲器、內存儲器、通訊接口、視頻顯示接口、電源，其中：視頻顯示接口與采集卡相連，通訊接口與上位機相連，內電源與外電源相連。

所述可編程序控制器為FPGA芯片，閃存儲器為FLASH閃存儲器，存儲器為DDR2存儲器。FPGA芯片通過硬件設計連接的地址總線和數(shù)據(jù)總線控制、讀、寫FLASH閃存儲器，包括：讀取校正參數(shù)、寫入并保存計算結果等；FPGA芯啟用內部DDR2控制器對外置的DDR2存儲器進行讀寫控制，通過數(shù)據(jù)總線和地址總線實時寫入、讀出圖像數(shù)據(jù)；FPGA芯片單向控制Camera Link視頻顯示接口工作，將DDR2存儲器中的圖像數(shù)據(jù)按照顯示時序的要求送到Camera Link視頻顯示接口，通過外部的Camera Link采集卡觀察圖像；FPGA芯片啟動內部串口控制器配置RS422通訊接口，實現(xiàn)雙向交互：一方面能夠將上位機發(fā)來的消息命令傳遞給FPGA芯片，進行解析并做出相應控制、反饋信息等；另一方面根據(jù)協(xié)議要求向RS422通訊接口發(fā)送消息命令；電源主要是為滿足不同芯片的供電需求，能夠將外部直流穩(wěn)壓電源所供電壓12V分為1.8V和3.3V的電壓確保各芯片正常工作。

所述存儲器安裝在信號處理器上。

所述探測器接口、制冷機驅動器及信號處理器均安裝在數(shù)字焦平面探測器上，且探測器接口、制冷機驅動器及信號處理器的尺寸均不大于字焦平面探測器的外圍尺寸。

所述數(shù)字化焦平面探測器的型號為25μm-640x512。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明的凝視型數(shù)字化紅外成像組件是一個創(chuàng)新性產品，它將數(shù)字焦平面探測器和成像電路高度集成在一起，形成一個通用組件，在系統(tǒng)集成時只需考慮光學系統(tǒng)設計以及伺服系統(tǒng)設計，采用不同的光學系統(tǒng)即可適應不同指標的熱像儀應用，縮短了熱像儀的研發(fā)周期。在本發(fā)明中，將多種先進的技術和功能集成于紅外成像組件中，從而實現(xiàn)了高性能、低功耗、高集成度、小體積、高穩(wěn)定性以及通用化等特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明的電路連接圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1-3所示的凝視型數(shù)字化紅外成像組件，包括數(shù)字焦平面探測器101、探測器接口102、制冷機驅動器103、信號處理器104、輸入設備105以及輸出設備106；

輸入設備105包括外電源和上位機，外電源負責提供24V的電源；上位機為可直接發(fā)出控制命令的計算機，負責發(fā)送控制指令控制成像組件；

輸出設備106包括Camera Link采集卡和上位機，Camera link采集卡用于采集紅外圖像數(shù)據(jù)；上位機為可直接接收控制指令的計算機，負責接收成像組件返回的指令；

信號處理器104包括可編程序控制器FPGA，與該可編程序控制器FPGA相連的閃存儲器FLASH、存儲器DDR2、通訊接口RS422、視頻顯示接口Camera Link、電源；

輸出設備106的Camera link采集卡通過視頻顯示接口Camera Link與信號處理器104的可編程序控制器FPGA連接，上位機通過通訊接口RS422與可編程序控制器FPGA連接，以便將上位機的控制信號發(fā)送給信號處理器104的可編程序控制器FPGA，同時接收來自信號處理器104的可編程序控制器FPGA狀態(tài)反饋信息；

輸出設備106的電源與外電源相連、上位機通過通訊接口RS422與可編程序控制器FPGA連接，通過上位機接收來自信號處理器104可編程序控制器FPGA的圖像數(shù)據(jù)和圖像同步信號；

存儲器DDR2與信號處理器104的可編程序控制器FPGA相連接，并安裝在信號處理器104中，存儲器DDR2存儲信號處理器可編程序控制器FPGA處理圖像數(shù)據(jù)時所需要的參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)；

所述數(shù)字焦平面探測器101通過探測器接口102以及制冷機驅動器103與信號處理器104相連接，其中：

探測器接口102將信號處理器的探測器驅動和控制信號傳輸給數(shù)字焦平面探測器101，再將數(shù)字焦平面探測器101的探測器數(shù)據(jù)傳遞到信號處理器104；

信號處理器104提供制冷機驅動器103工作所需電源，制冷機驅動器103與數(shù)字焦平面探測器101的制冷機控制接口相連接，接收和反饋制冷機控制信號，形成控制閉環(huán)系統(tǒng)；

所述制冷機驅動器103為一個濾波器，為數(shù)字焦平面探測器101的制冷機提供工作電源，同時對制冷機的測溫二級管電壓信號進行濾波，并輸出給制冷機；當制冷機開始工作后將實時溫度信號反饋到制冷機驅動器，該信號經(jīng)過濾波濾去噪聲，將溫度電壓信號輸送給信號處理器；

所述可編程序控制器為FPGA芯片，閃存儲器為FLASH閃存儲器，存儲器為DDR2存儲器。FPGA芯片通過硬件設計連接的地址總線和數(shù)據(jù)總線控制、讀、寫FLASH閃存儲器，包括：讀取校正參數(shù)、寫入并保存計算結果等；FPGA芯啟用內部DDR2控制器對外置的DDR2存儲器進行讀寫控制，通過數(shù)據(jù)總線和地址總線實時寫入、讀出圖像數(shù)據(jù)；FPGA芯片單向控制Camera Link視頻顯示接口工作，將DDR2存儲器中的圖像數(shù)據(jù)按照顯示時序的要求送到Camera Link視頻顯示接口，通過外部的Camera Link采集卡觀察圖像；FPGA芯片啟動內部串口控制器配置RS422通訊接口，實現(xiàn)雙向交互：一方面能夠將上位機發(fā)來的消息命令傳遞給FPGA芯片，進行解析并做出相應控制、反饋信息等；另一方面根據(jù)協(xié)議要求向RS422通訊接口發(fā)送消息命令；電源主要是為滿足不同芯片的供電需求，能夠將外部直流穩(wěn)壓電源所供電壓12V分為1.8V和3.3V的電壓確保各芯片正常工作；

所述探測器接口102、制冷機驅動器103及信號處理器104均安裝在數(shù)字焦平面探測器101上，且探測器接口102、制冷機驅動器103及信號處理器104的尺寸均不大于字焦平面探測器101的外圍尺寸，確保在同一規(guī)格探測器下，組件外包絡的一致性；接口設計保留兩個滿足功能需求的接口，一是RS422串口用于通訊，二是Camera Link數(shù)字接口用于視頻輸出；數(shù)字化焦平面探測器101的型號為25μm-640x512。

DDR2-存儲器用于存儲紅外視頻圖像數(shù)據(jù)、非均勻校正參數(shù)、盲元表、開機畫面以及該成像組件的預設參數(shù)；

FLASH-閃存儲器用于存儲紅外視頻圖像數(shù)據(jù)、非均勻校正參數(shù)、盲元表以及該成像組件的預設參數(shù)、開機畫面；

FPGA-可編程控制器用于圖像處理算法的實現(xiàn)；

RS422-通訊接口用于成像組件與輸入輸出設備進行通訊；

CameraLink視頻顯示接口用于與輸出設備的顯示；電源用于對外電源進行濾波處理；

信號處理器104主要包括數(shù)字焦平面探測器101驅動信號的生成、自動盲元處理、非均勻性校正、圖像濾波、圖像增強等基本的紅外圖像處理算法，其中：

驅動信號包括數(shù)字焦平面探測器101的工作時鐘，同步信號和工作參數(shù)；

工作參數(shù)配置是通過SPI通道實現(xiàn)，該功能可以配置數(shù)字焦平面探測器101參數(shù)也可以讀出數(shù)字焦平面探測器101當前的狀態(tài)參數(shù)，保證了數(shù)字焦平面探測器101的可維護性；

自動盲元處理，通過對均勻背景圖像數(shù)據(jù)的采集，標示在像素相鄰區(qū)域內異常響應的像素數(shù)據(jù)，標定該像元為“盲元”。對“盲元”數(shù)據(jù)的處理采取領域內的響應數(shù)據(jù)的均值作為替換值；

在完成盲元替換后，進行紅外圖像非均勻性校正，在多個溫度段內完成圖像數(shù)據(jù)采集并計算校正參數(shù)，這一過程完全依靠處理芯片的片上系統(tǒng)完成，無需借助外部計算機；

圖像濾波是為了去除圖像中的噪聲；

圖像增強的目的是為了保留高動態(tài)范圍圖像中的細節(jié)，從而與原始圖像背景的總動態(tài)范圍相匹配。

如此一來，即使在溫度變化十分顯著的場景中，觀察人員能夠同時看清明暗區(qū)域的細節(jié)。通訊控制由片上系統(tǒng)進行處理，使用者可以通過控制命令，進行相應的操作，例如，切換圖像極性、調節(jié)圖像顯示效果和控制圖像數(shù)據(jù)的工廠標定等等。

工作時，數(shù)字焦平面探測器101將紅外輻射源轉換成電信號。數(shù)字焦平面探測器具有多項優(yōu)勢，它能夠降低外界對模擬信號傳輸?shù)母蓴_，降低紅外成像系統(tǒng)復雜度和生產成本等。數(shù)字焦平面探測器具有接口簡單，信噪比高、帶寬高的特點。它將模擬/數(shù)字轉換器（ADC）以及先進的數(shù)字信號處理器集成到探測器的讀出電路中，從探測器起所有信號處理都在數(shù)字域完成，它能夠改善原有的模擬讀出技術所存在的固有缺陷，如外界對模擬信號傳輸?shù)母蓴_、以及模擬信號的帶寬限制等，從根本上提高紅外焦平面熱像儀的幀頻及空間分辨率，能夠提升紅外焦平面熱像儀的系統(tǒng)集成度、抗電磁干擾性能及多項性能指標。

本發(fā)明實施例所使用主要器件的型號見下表：

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。