專利名稱：適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外圖像實(shí)時(shí)處理領(lǐng)域，特別涉及適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器 的，基于單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)
背景技術(shù)：
1964年美國(guó)德克薩斯儀器公司(Tl)的紅外前視系統(tǒng)(FLIR)的問(wèn)世標(biāo)志著紅外成 像時(shí)代的到來(lái)。紅外成像系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，隱蔽性能好，大氣穿透能力強(qiáng)，適應(yīng)多種特殊 場(chǎng)合。但是紅外焦平面由于自身的特性和工藝限制，使得紅外圖像處理和普通CXD圖像處 理有著很多的不同，必須采用專門(mén)的紅外圖像處理算法對(duì)其處理。例如由于制作材料的缺 陷、摻雜的非均勻性以及生產(chǎn)工藝過(guò)程控制的不穩(wěn)定等，造成了紅外焦平面陣列的不同像 元在同一均勻入射輻射下，其視頻輸出信號(hào)幅度不同，這就是所謂的紅外焦平面陣列響應(yīng) 的非均勻性(N0rumif0rmity，NU)。非均勻性將造成圖像質(zhì)量的下降，所以在紅外熱成像系 統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須采取一定的方法盡量降低非均勻性。紅外成像系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵在于紅 外焦平面技術(shù)和紅外圖像處理技術(shù)。紅外成像技術(shù)，特別是紅外焦平面技術(shù)，成為各國(guó)的研 究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，紅外焦平面技術(shù)已得到長(zhǎng)足的發(fā)展，大面陣，低成本，長(zhǎng)壽命，高可 靠性的紅外焦平面使得紅外成像系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。高清晰和小型化是未來(lái)紅外成像 系統(tǒng)主要發(fā)展方向?，F(xiàn)有技術(shù)中，紅外圖像處理技術(shù)主要有兩種架構(gòu)，單信號(hào)處理器DSP架構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng) 可編程門(mén)陣列FPGA+DSP架構(gòu)。其中現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA+信號(hào)處理器DSP架構(gòu)是現(xiàn)在紅 外圖像處理技術(shù)的主流。該架構(gòu)中現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA主要提供各種接口時(shí)序，完成對(duì) 紅外焦平面控制和像素?cái)?shù)據(jù)的采集。由于開(kāi)發(fā)難度的原因，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA較少參 與圖像處理。信號(hào)處理器DSP完成各種圖像處理，例如盲元校正，非均勻性校正，圖像增強(qiáng)。 這種架構(gòu)處理能力有限，如果不增加處理單元，不能適合現(xiàn)在高幀率(每秒100幀以上)和 大面陣(640X512以上)的紅外焦平面帶來(lái)的高速處理能力的要求。例如640X512像素 幀率IOOHz的紅外探測(cè)器，每像素按14bit量化，則數(shù)據(jù)量約為459Mbps。但是如果增加處 理單元，又造成了系統(tǒng)體積變大、功耗增加、發(fā)熱量大的缺點(diǎn)，不適合實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)由于現(xiàn) 在紅外焦平面市場(chǎng)并不成熟，紅外焦平面的接口時(shí)序并沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以不能很方 便提供各種接口時(shí)序的單信號(hào)處理器DSP架構(gòu)不能很好的適應(yīng)多種紅外焦平面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的，基于單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén) 陣列FPGA的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題。本發(fā)明采用單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA架構(gòu)進(jìn)行紅外圖像處理。依照本發(fā)明的單 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA架構(gòu)采用大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA，采用硬件實(shí)現(xiàn)的辦法并 行的實(shí)現(xiàn)紅外圖像處理算法，能大大提高圖像處理速度，能夠有效的處理大面陣高幀率紅外探測(cè)器給實(shí)時(shí)紅外圖像處理帶來(lái)的超大數(shù)據(jù)量。并且由于單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA方 案中外圍電路少，有利于減小電路體積，有利于實(shí)現(xiàn)高像素高幀率紅外圖像系統(tǒng)。此外，采 用SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，片上可編程系統(tǒng))技術(shù)的單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 FPGA架構(gòu)，在后期可使用Hardcopy技術(shù)將成功實(shí)現(xiàn)于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA器件上的 SOPC系統(tǒng)通過(guò)特定的技術(shù)直接向?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC轉(zhuǎn)化，可以進(jìn)一步降低紅外成像系統(tǒng) 的成本，減小電路體積，提高可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)，其特征在于所述 系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理模塊，為高幀率大面陣紅外探測(cè)器提供偏置電壓驅(qū)動(dòng)，將所述高幀率大 面陣紅外探測(cè)器輸出的模擬視頻圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使得調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)占滿 模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的采樣范圍，并將所述調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊，將調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻圖像信號(hào)后輸出到 視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊；圖像處理與系統(tǒng)控制模塊，對(duì)所述系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn) 行圖像處理后輸出給視頻輸出模塊；視頻輸出模塊將圖像處理與系統(tǒng)控制模塊處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號(hào)輸 出和數(shù)字視頻輸出。依照上面所述的系統(tǒng)，其中所述視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊還包括中央控制模塊，對(duì)所述系統(tǒng)執(zhí)行以下控制向所述紅外探測(cè)器輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)序；并 對(duì)所述紅外探測(cè)器的工作溫度進(jìn)行控制；通過(guò)響應(yīng)鍵盤(pán)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；將SSRAM 存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的盲元校正表和非均勻校正表數(shù)據(jù)按時(shí)讀進(jìn)FPGA內(nèi)部緩存中；通過(guò)RS232協(xié) 議與上位機(jī)進(jìn)行串口通信；通過(guò)I2C總線配置視頻數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化模塊使其工作在相應(yīng)的被 動(dòng)模式；對(duì)圖像處理模塊進(jìn)行配置和控制；圖像數(shù)據(jù)讀入模塊，從模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊中讀入所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)，使N行圖像 數(shù)據(jù)為一數(shù)據(jù)包形成數(shù)據(jù)流依次經(jīng)過(guò)圖像處理模塊組成的硬件流水線；圖像處理模塊，依次對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行盲元替換處理、非均勻性校正 處理、基本圖像處理、圖像增強(qiáng)處理、字符疊加處理；視頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊，將經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字視頻圖像一路輸出給視頻輸出模塊按照 Camera Link協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)得到數(shù)字視頻信號(hào)，一路按照CCIR601格式進(jìn)行插值后獲 得符合CCIR601格式的數(shù)字視頻圖像信號(hào)，輸出給視頻輸出模塊得到PAL制的模擬視頻圖
像信號(hào)輸出。依照上面所述的系統(tǒng)，其中圖像處理模塊包括盲元替換模塊和非均勻性校正模塊，分別對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行盲元替換 處理和非均勻性校正處理，其中所述盲元替換模塊使用的盲元替換表和和所述非均勻性校 正模塊使用的非均勻性校正表都存儲(chǔ)在與所述FPGA通過(guò)SSRAM接口連接的SSRAM存儲(chǔ)器 中，在使用時(shí)由所述中央控制模塊從SSRAM存儲(chǔ)器中按時(shí)讀取到FPGA的內(nèi)部緩存中；基本圖像處理模塊，對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行基于矩形窗的基本圖像處理， 所述的基于矩形窗的基本圖像處理是一些采用矩陣運(yùn)算遍歷圖像的圖像處理算法，如中值濾波、圖像微分等。圖像增強(qiáng)模塊，對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，并將像素精度為14bit 的圖像變換像素精度為8bit的圖像用于模擬視頻輸出；字符疊加模塊，為所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)添加十字光標(biāo)和進(jìn)行字符疊加。依照上面所述的系統(tǒng)，其中，中央控制模塊對(duì)所述系統(tǒng)執(zhí)行的各項(xiàng)控制中，向紅 外探測(cè)器提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序是由FPGA中的硬件邏輯完成，而其它各項(xiàng)系統(tǒng)控制都是由 FPGA中的嵌入式軟核處理器完成的，包括溫度控制、對(duì)上述圖像數(shù)據(jù)讀入模塊(303)、圖 像處理模塊(304，305，306，307，308)和視頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊(309)的協(xié)調(diào)控制、通過(guò)響應(yīng)鍵 盤(pán)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、與上位機(jī)進(jìn)行通信、以及配置視頻輸出模塊(104)中的用于輸 出模擬視頻信號(hào)的視頻DA，使其工作在相應(yīng)的被動(dòng)模式下等。此外，所述圖像處理模塊，與所述嵌入式軟核處理器掛載在FPGA的內(nèi)部總線上， 所述嵌入式軟核處理器通過(guò)總線對(duì)所述圖像處理模塊進(jìn)行控制。本發(fā)明的技術(shù)方案相對(duì)于現(xiàn)有的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1、由于整個(gè)系統(tǒng)的處理核心僅為一片現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA，它包括了圖像處理 模塊和嵌入式軟核。這樣大大降低了功耗和電路板體積，有利于實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)低 功耗和小型化。2、整個(gè)系統(tǒng)的圖像處理以硬件實(shí)現(xiàn)的圖像處理流水線為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)， 而且方便添加其他的圖像算法而不會(huì)增加圖像處理時(shí)間，擴(kuò)展性好。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本系統(tǒng)系統(tǒng)框圖。圖2為本系統(tǒng)硬件框圖。圖3為本系統(tǒng)圖像處理和系統(tǒng)控制部分框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所涉及的一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器 的單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。在本發(fā)明的實(shí)施方式 中，所采用的紅外探測(cè)器的輸入圖像為640X512像素，每個(gè)像素14bit，實(shí)現(xiàn)了每秒100幀 的處理速度。本系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊信號(hào)調(diào)理模塊 101、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊102、圖像處理與系統(tǒng)控制模塊103、視頻輸出模塊104。下面結(jié)合圖2對(duì) 組成上述系統(tǒng)的各模塊的功能和相互之間的連接關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)描述信號(hào)調(diào)理模塊101用于將紅外探測(cè)器輸出的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行信號(hào)抬升和放大， 將占滿模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊102中AD轉(zhuǎn)化器的采樣范圍的模擬視頻信號(hào)輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊 102，同時(shí)信號(hào)調(diào)理模塊101向紅外探測(cè)器輸出偏置電壓。本發(fā)明的實(shí)施方式中采用的是 某研究所提供的制冷型640X512紅外探測(cè)器，它的幀率100Hz，模擬視頻輸出信號(hào)電壓范 圍為IV到3. 5V，需要采用精密放大器將信號(hào)調(diào)理到OV到5V，以得到對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊 102中的AD轉(zhuǎn)化器最大的量化范圍。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，該模塊可以采用美國(guó)AnalogDevice公司的單端供電軌到軌精密運(yùn)放AD822和AD8062為核心實(shí)現(xiàn)。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊102將信號(hào)調(diào)理模塊(101)輸入的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻信 號(hào)輸出給圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)處理。該模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(102)中包括AD轉(zhuǎn)化器， 其采樣時(shí)鐘可由紅外探測(cè)器的工作時(shí)鐘移相得到，以提高信噪比。在本發(fā)明的實(shí)施方式中， 可以采用美國(guó)Analog Device公司的14bit采樣率10MSPS的ADC AD9240作為模數(shù)轉(zhuǎn)化模 塊(102)。圖像處理與系統(tǒng)控制模塊103完成系統(tǒng)控制任務(wù)與圖像處理。所述圖像處理與系 統(tǒng)控制模塊103執(zhí)行的功能全部在單個(gè)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA里完成。在本發(fā)明 的實(shí)施方式中，圖像處理與系統(tǒng)控制部分是以一高性能現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA為核心，外 部存儲(chǔ)器由64MB的Flash，2Gb的DDR2，18Mb的SSRAM構(gòu)成。所述圖像處理與系統(tǒng)控制模 塊103包括中央控制模塊301、圖像數(shù)據(jù)讀入模塊303、圖像處理模塊(304，305，306，307， 308)、視頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊309。其中所述中央控制模塊301負(fù)責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)控制任務(wù)。所述系統(tǒng)控制任務(wù)包括以下 各項(xiàng)向紅外探測(cè)器提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序；對(duì)紅外探測(cè)器的工作溫度進(jìn)行控制，具體為，將 紅外探測(cè)器輸出的溫度模擬電壓信號(hào)通過(guò)一模數(shù)轉(zhuǎn)化器AD 201轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，處理該 數(shù)字信號(hào)后通過(guò)SPI總線控制一數(shù)模轉(zhuǎn)化器DA 203向溫控芯片202輸出模擬控制電壓以 控制紅外探測(cè)器的工作溫度；通過(guò)響應(yīng)鍵盤(pán)操作211來(lái)完成人機(jī)交互；將SSRAM存儲(chǔ)器209 中存儲(chǔ)的盲元校正表和非均勻校正表數(shù)據(jù)按時(shí)讀進(jìn)FPGA內(nèi)部緩存中，以完成數(shù)據(jù)搬移；通 過(guò)RS232協(xié)議210與上位機(jī)PC進(jìn)行串口通信；通過(guò)I2C總線配置視頻圖像數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊DA 206，使其工作在相應(yīng)的被動(dòng)模式；對(duì)總線上的圖像處理模塊IP復(fù)位，并發(fā)出控制指令對(duì)其 進(jìn)行控制。在以上各項(xiàng)系統(tǒng)控制任務(wù)中，除了向紅外探測(cè)器提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)時(shí)序是由FPGA 中的硬件邏輯完成的以外，其它各項(xiàng)系統(tǒng)控制任務(wù)(包括溫度控制、圖像處理模塊各子模 塊的協(xié)調(diào)控制以及人機(jī)交互控制、與上位機(jī)的通信控制、視頻DA控制)都是FPGA 204中的 嵌入式軟核處理器中實(shí)現(xiàn)的。所述圖像數(shù)據(jù)讀入模塊303從模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊102中讀入數(shù)字視頻圖像信號(hào)。按照?qǐng)D像處理算法分類，紅外圖像處理可分為三級(jí)流水線，第一級(jí)為盲元替換和 非均勻性校正；第二級(jí)為基本圖像處理；第三級(jí)為圖像增強(qiáng)和字符疊加。如圖3所示，所述 圖像處理模塊包括非均勻性校正模塊305、盲元替換模塊304、基本圖像處理模塊306、可交 互的動(dòng)態(tài)圖像增強(qiáng)模塊307和字符疊加模塊308。上述圖像處理模塊包括的各子模塊由硬 件描述語(yǔ)言Verilog HDL實(shí)現(xiàn)，按照統(tǒng)一的接口協(xié)議編寫(xiě)接口，封裝成圖像處理模塊IP，與 嵌入式軟核處理器掛載在FPGA的內(nèi)部總線302上，嵌入式軟核處理器通過(guò)總線302對(duì)各個(gè) 圖像處理IP模塊發(fā)出控制命令。讀入數(shù)字視頻圖像信號(hào)以N行(N為正整數(shù)，例如N = 5) 圖像為一數(shù)據(jù)包形成數(shù)據(jù)流依次經(jīng)過(guò)圖像處理模塊IP組成的硬件流水線。第一級(jí)由非均勻性校正模塊305和盲元替換模塊304組成，主要完成對(duì)紅外圖像 的盲元替換處理和非均勻性校正處理。其中，非均勻性校正模塊305和盲元替換模塊304 的非均勻校正表和盲元表由嵌入式軟核處理器301配置DMA負(fù)責(zé)從SSRAM存儲(chǔ)器209中按 時(shí)讀取到FPGA內(nèi)部緩存中。第二級(jí)由基本圖像處理模塊構(gòu)成，對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行基于矩形窗的基 本圖像處理，所述的基于矩形窗的基本圖像處理是一些采用矩陣運(yùn)算遍歷圖像的圖像處理算法，如中值濾波、圖像微分等。這里只實(shí)現(xiàn)了 306用于中值濾波，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 還可以采用其他任意的基于矩形窗的基本圖像處理操作。第三級(jí)由可交互的動(dòng)態(tài)圖像增強(qiáng)模塊(307)、字符疊加模塊(308)構(gòu)成，主要功能 是把像素精度為14bit的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成像素精度為Sbit的圖像數(shù)據(jù)用于模擬視頻信號(hào) 輸出并完成OSD (On-Screen Display)功能(添加十字光標(biāo)、進(jìn)行字符疊加等)。其中動(dòng)態(tài) 圖像增強(qiáng)模塊(307)可提供交互的，并且具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能；在自動(dòng)情況下通過(guò)平 臺(tái)直方圖均衡化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)并完成14bit圖像到Sbit圖像的變換，在 保留背景特征的同時(shí)突出目標(biāo)及其細(xì)節(jié)；在手動(dòng)情況下，圖像增強(qiáng)功能共有7檔以適應(yīng)不 同的場(chǎng)景供用戶選擇。視頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊309完成視頻圖像的輸出。本發(fā)明的實(shí)施方式中，將經(jīng)過(guò)處理 后的數(shù)字視頻圖像一路輸出給視頻輸出模塊104按照Camera Link協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)得到 數(shù)字視頻信號(hào)，一路按照CCIR601格式進(jìn)行插值后獲得符合CCIR601格式的數(shù)字視頻圖像 信號(hào)，輸出給視頻輸出模塊104得到PAL制的模擬視頻圖像信號(hào)輸出。依照本發(fā)明的一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的單現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA 實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和較好的圖像處理效果，而且功能上結(jié)構(gòu) 靈活，方便進(jìn)一步的添加圖像處理算法、可擴(kuò)展性強(qiáng)，硬件上電路體積小，功耗低，適合系統(tǒng) 小型化。通過(guò)參照本發(fā)明的實(shí)施例，上文中已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種改變和變形，但是這些改變和變形都 應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)，包括信號(hào)調(diào)理模塊(101)、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(102)、圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)和視頻輸出模塊(104)，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理模塊(101)用于為紅外探測(cè)器提供偏置電壓驅(qū)動(dòng)，將所述紅外探測(cè)器輸出的模擬視頻圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使得調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)占滿模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(102)的采樣范圍，并將所述調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(102)；所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊(102)將調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻圖像信號(hào)后輸出到視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)；所述視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)對(duì)紅外探測(cè)器進(jìn)行控制，并對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理后輸出，該視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)的控制與處理在單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA中實(shí)現(xiàn)；所述視頻輸出模塊(104)將圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號(hào)和數(shù)字視頻信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊(103) 包括圖像數(shù)據(jù)讀入模塊(303)，用于接收所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)，并將接收的圖像以多行圖 像數(shù)據(jù)為一數(shù)據(jù)包形成數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)圖像處理模塊(304，305，306，307，308)進(jìn)行處理；圖像處理模塊(304，305，306，307，308)，用于對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行 處理，包括盲元替換處理、非均勻性校正處理、基于矩形窗的基本圖像處理、圖像增強(qiáng)處理 以及字符疊加處理；視頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊(309)，將經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字視頻圖像一路輸出給視頻輸出模塊 (104)發(fā)送給上位機(jī)得到數(shù)字視頻信號(hào)，一路進(jìn)行插值后輸出給視頻輸出模塊(104)得到 模擬視頻圖像信號(hào)。中央控制模塊(301)，用于實(shí)現(xiàn)所述的對(duì)紅外探測(cè)器的控制，包括溫度控制和時(shí)序控 制；同時(shí)用于對(duì)上述圖像數(shù)據(jù)讀入模塊(303)、圖像處理模塊(304，305，306，307，308)和視 頻輸出驅(qū)動(dòng)模塊(309)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以完成圖像處理功能；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制模塊(301)的控制功能還 包括通過(guò)響應(yīng)鍵盤(pán)的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、與上位機(jī)進(jìn)行通信、以及配置視頻輸出模塊 (104)中的用于輸出模擬視頻信號(hào)的視頻DA，使其工作在相應(yīng)的被動(dòng)模式下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制模塊(301)中對(duì)所述紅 外探測(cè)器的時(shí)序控制功能由FPGA中的硬件邏輯完成，其它各項(xiàng)系統(tǒng)控制功能由FPGA中的 嵌入式軟核處理器完成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的圖像處理模塊包括 盲元替換模塊(304)和非均勻性校正模塊(305)，分別對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行盲元替換處理和非均勻性校正處理，其中所述盲元替換模塊(305)使用的盲元替換表和和 所述非均勻性校正模塊(306)使用的非均勻性校正表都存儲(chǔ)在與所述FPGA通過(guò)SSRAM接 口連接的SSRAM存儲(chǔ)器(209)中，在使用時(shí)由所述中央控制模塊(301)從SSRAM存儲(chǔ)器 (209)中按時(shí)讀取到FPGA的內(nèi)部緩存中；基本圖像處理模塊(306)，對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行所述的基于矩形窗的基本圖像處理；圖像增強(qiáng)模塊(307)，對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，并將像素精度為14bit的圖像變換像素精度為8bit的圖像；字符疊加模塊(308)，為所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)添加十字光標(biāo)和進(jìn)行字符疊加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊(304，305，306，307， 308)與所述嵌入式軟核處理器掛載在FPGA的內(nèi)部總線(302)上，所述嵌入式軟核處理器通 過(guò)內(nèi)部總線(302)對(duì)所述圖像處理模塊(304，305，306，307，308)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于高幀率大面陣紅外探測(cè)器的實(shí)時(shí)紅外圖像處理系統(tǒng)，其中，信號(hào)調(diào)理模塊為紅外探測(cè)器提供偏置電壓驅(qū)動(dòng)，將所述紅外探測(cè)器輸出的模擬視頻圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)理并輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊將調(diào)理后的模擬視頻圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻圖像信號(hào)后輸出到視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊；視頻圖像處理與系統(tǒng)控制模塊對(duì)紅外探測(cè)器進(jìn)行控制，并對(duì)所述數(shù)字視頻圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理后輸出；視頻輸出模塊將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號(hào)和數(shù)字視頻信號(hào)輸出。本發(fā)明系統(tǒng)中所有圖像處理算法以硬件流水線實(shí)現(xiàn)，處理能力強(qiáng)，速度快，可擴(kuò)展性強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)體積小，功耗低，適合實(shí)時(shí)的高幀率大面陣紅外探測(cè)場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101957982SQ20101050254
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者周波, 方宇, 楊礬, 馬泳, 黃珺 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)