專利名稱：紅外成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及紅外成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域采用非制冷紅外探測器，基于FPGA (Field ProgrammableGate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)+DSP的系統(tǒng)構(gòu)架，實時采集紅外圖像并顯示。以上技術(shù)多用于 簡單的紅外監(jiān)控系統(tǒng)，在圖像的實時性以及對紅外圖像的分析和應(yīng)用上存在不足。
發(fā)明內(nèi)容針對以上不足，本實用新型采用FPGA+ARM的系統(tǒng)構(gòu)架。光學(xué)系統(tǒng)是由透鏡、反射鏡、棱鏡及光闌等多種光學(xué)元件按一定次序組合成的整 體。在本實用新型中，光學(xué)系統(tǒng)的作用是將紅外光線聚焦到紅外探測器的焦平面上。TEC (Thermoelectric Cooler，熱電制冷器)為紅外探測器提供溫度控制，使得非 制冷紅外焦平面的溫度保持恒定。UFPA(Uncooled Focal Plane Array，非制冷焦平面陣列)是將紅外線光信號轉(zhuǎn)化 為電信號的核心部件。低通濾波對紅外探測器的輸出模擬信號進行濾波，并對此模擬信號進行放大。FPGA負責(zé)紅外圖像采集系統(tǒng)的整體時序控制，并對采集的紅外圖像進行非均勻校 正，并為ARM (Advanced RISC Machines，高級精簡指令計算機)提供高速的圖像輸出接口。SRAM (Static Random Access Memory，靜態(tài)隨機存儲器)作為高速緩存，用于緩存 紅外圖像原始數(shù)據(jù)。ARM (Advanced RISC Machines，高級精簡指令計算機)負責(zé)紅外圖像的顯示，提供 實時在線的紅外圖像處理及圖像分析功能，并為用戶提供多種圖像輸出接口。IXD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器)實時顯示紅外圖像及圖像處理分析界面。本實用新型在高速采集紅外圖像的同時，注重對紅外圖像的在線分析功能，并提 供豐富的上層紅外圖像應(yīng)用處理軟件，提高圖像處理速度。系統(tǒng)提供多種紅外圖像在線應(yīng)用軟件采用多點溫度標(biāo)定校正算法和直方圖均 衡、自適應(yīng)分段線性變換增強技術(shù)，使得系統(tǒng)不僅具有紅外圖像監(jiān)控能力，更能提供較高精 度的溫度測量能力；提供多種強大的實時在線分析功能動態(tài)放大顯示、高分辨率顯示、多 點溫度顯示、柱型測溫顯示、米字測溫顯示、偽彩色變換等；具有人臉跟蹤測定溫度功能， 可自動保存敏感圖像；可對敏感圖像信息進行紅外視頻錄制，具有回放功能；并可獲取紅 外探測器的原始紅外圖像數(shù)據(jù)，可根據(jù)定制要求將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為后一級應(yīng)用系統(tǒng)支持格 式，對紅外圖像的研究以及對紅外圖像的應(yīng)用都具有寶貴價值。
圖1是紅外圖像系統(tǒng)原理框圖。
具體實施方式
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。系統(tǒng)的工作過程如下系統(tǒng)上電，TEC控制器開始檢測非制冷紅外焦平面的溫度，然后開始對焦平面進行 溫度控制，使得焦平面的溫度達到工作溫度30°C，并持續(xù)保持穩(wěn)定，精度要達到士0. 01°C。待焦平面溫度穩(wěn)定后，系統(tǒng)開始對紅外探測器上電，并通過D/A為探測器設(shè)定偏 置電壓。FPGA發(fā)出時序控制驅(qū)動紅外探測器開始工作。紅外探測器輸出的紅外模擬信號中含有高頻成分，所以先將輸出的信號進行低通 濾波，然后進行A/D轉(zhuǎn)換。通過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被FPGA讀取，并緩存到SRAM中，等 待ARM控制器的指示。ARM控制器將查詢FPGA是否緩存好一幀的數(shù)據(jù)，如果采集好一幀的數(shù)據(jù)，ARM就通 知FPGA將這采集好的一幀數(shù)據(jù)傳送給ARM。ARM將得到的一幀數(shù)據(jù)實時顯示在IXD上以便 查看實時采集的紅外圖像，并可以根據(jù)需要將所采集的圖像傳送至PC機上。根據(jù)采集到的紅外圖像效果，可以控制ARM修改偏置電壓的大小，使得紅外探測 器始終工作在正確的狀態(tài)下，也保證了采集圖像的質(zhì)量。
權(quán)利要求一種紅外成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)采用現(xiàn)場可編程門陣列與高級精簡指令計算機的組合；非制冷焦平面陣列分別與光學(xué)系統(tǒng)、熱電制冷器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波及放大、現(xiàn)場可編程門陣列相連；所述低通濾波及放大還與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述現(xiàn)場可編程門陣列相連；所述現(xiàn)場可編程門陣列還與靜態(tài)隨機存儲器、所述高級精簡指令計算機相連；所述高級精簡指令計算機還與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、顯示器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示器采用液晶顯示器。
專利摘要本實用新型公開了一種紅外成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于非制冷紅外探測器UL 01011，基于PID網(wǎng)絡(luò)的非制冷紅外焦平面溫度控制方法，使得UFPA的溫度穩(wěn)定精度高，且高效穩(wěn)定；可智能調(diào)整紅外探測器偏置電壓，提高了探測電路的自適應(yīng)性和安全性，數(shù)據(jù)采集精度為14位；以便攜式為出發(fā)點，基于FPGA+ARM的高速紅外圖像采集系統(tǒng)，提供多種外部接口，系統(tǒng)可定制、擴展性強，系統(tǒng)實際工作穩(wěn)定，圖像實時性高，取得了較好的效果、監(jiān)控效果出眾。
文檔編號G01J5/00GK201622386SQ201020125988
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者馮祎, 曾凡峰, 王景中 申請人:北方工業(yè)大學(xué)