CN104156188B - 一种高帧频红外场景生成与输出***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高帧频红外场景生成与输出***及方法，***由红外场景生成计算机、***监视显示器、场景输出转换模块组成；由红外场景生成计算机实时渲染生成的高帧频红外场景经过软件拼接处理，通过显卡以低帧频的标准格式输出至场景输出转换模块，在该模块中，FPGA主控制器把接收来的数据重新解码编排，按照原先生成的高帧频场景顺序，以自定义的格式输出，解决现有红外场景生成***无法生成和输出高帧频的红外场景的问题，可以广泛的应用于各种复杂环境中，并且保养容易。

Description

一种高帧频红外场景生成与输出***及方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种红外场景生成与输出***，特别涉及一种高帧频红外场景生成与输出***及方法。

背景技术

目前，红外场景已经在民用及军用的各个领域得到了非常广泛的应用。通常采用以下两种方法生成红外场景：

1)利用红外探测器获取红外场景；

2)利用计算机软件渲染生成红外场景。

红外场景下的运动目标检测以及其他具体应用的日益频繁使得对红外场景的生成与输出趋向于高帧频化。

红外探测器本身可以生成较高帧频的红外场景，但是其造价高昂，难于保养，每一次对红外探测器进行长时间的通电以及多次重复的上、下电操作都会对探测器本身造成损伤，直接影响探测器的性能，减少其寿命；利用计算机软件渲染生成红外场景的方法可以大大的减少成本，然而由于计算机显卡有着固定的数据输出格式，使得这种方法输出不了高帧频的红外场景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种低成本、高帧频、采用通用接口输出的高帧频红外场景生成与输出***及方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高帧频红外场景生成与输出***，由红外场景生成计算机、***监视显示器和场景输出转换模块组成；红外场景生成计算机提供实时渲染的红外场景，把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，同时显示在***监视显示器上并且输出到场景输出转换模块；另一方面，红外场景生成计算机将***的控制命令，以及红外场景的输出指标通过RS422串口发送给场景输出转换模块，并进行通信；***监视显示器用以监控时间维度上的高帧频红外场景转化成空间维度低帧频红外场景的实时状况，并且为***设置提供人机交互显示界面；场景输出转换模块由MCU模块、FPGA主控制器、DDR2-SDRAM缓存模块、场景输入接收模块以及场景输出模块组成；MCU模块通过RS422串口接收并解析来自红外场景生成计算机发送的控制命令以及红外场景的输出指标，将解析后的命令和指标数据通过EMIF接口发送至FPGA主控制器，同时接收FPGA主控制器返回的***状态信息并将该信息通过RS422串口传输回红外场景生成计算机；FPGA主控制器负责针对不同的红外场景输出指标，把来自红外场景生成计算机输出的空间维度上的低帧频红外场景拆分，生成时间维度上的高帧频红外场景，并控制输出；DDR2-SDRAM缓存模块用于把FPGA主控制器处理过程中的红外场景数据进行缓存；场景输入接收模块用于把红外场景生成计算机输出的串行红外场景数据格式解码成并行红外场景数据格式，并传给FPGA主控制器；场景输出模块用于输出通用的高帧频红外场景格式。

所述场景输入接收模块输入接口为DVI接口或HDMI接口。

所述***监视显示器通过DVI接口或VGA接口与红外场景生成计算机连接。

一种高帧频红外场景生成与输出方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过***监视显示器选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，并把该红外场景的输出指标信息传输给场景输出转换模块；

2)设定结束后红外场景生成计算机实时渲染红外场景，并且把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，即让红外场景生成计算机显卡输出的每一帧图像都包含M帧实时渲染生成的红外场景图像，M≥1；

3)场景输出转换模块接收红外场景生成计算机显卡传输来的红外场景信号，解析出有效数据，并将其缓存在DDR2-SDRAM缓存模块中；

4)场景输出转换模块根据红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM缓存模块中读取出来，按照要求的格式输出高帧频连续的红外场景；

5)当接收到来自红外场景生成计算机发送的停止命令，场景输出转换模块停止场景输出；

6)若需要继续生成红外场景，则场景输出转换模块重复步骤1)到5)的操作。

所述步骤1)中待场景输出转换模块上电之后，向其发送***握手指令，若其返回响应指令正确，则表明握手成功，否则握手失败，进入失败警告；成功握手之后在通过***监视显示器选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，并把该红外场景的输出指标信息传输给场景输出转换模块。

所述红外场景生成计算机的显卡输出设定为复制模式，一路显卡输出给***监视显示器，另一路显卡输出给场景输出转换模块。

所述两路显卡输出分辨率都设定为1440*900，帧频都设定为60fps；红外场景生成计算机实时渲染生成128*128分辨率的600fps的红外场景，按照数字排序把一秒钟生成的600帧场景排序为f1、f2、f3、f4······f598、f599、f600，从1440*900分辨率帧图的左上角开始按照“Z”字型给每一场景区域编号，依次为1、2、3······58、59、60，将这600帧场景按照红外场景生成计算机显卡的输出帧频60fps输出至场景输出转换模块，每一帧显卡输出图像包含10帧实时渲染的红外场景；场景输出转换模块根据上述红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM中读取出来，FPGA主控制器从DDR2-SDRAM中分别读出显卡输出第1帧中的f1到f10，显卡输出第2帧中的f11到f20，显卡输出第60帧中的f591到f600，然后按照f1、f2、f3······f598、f599、f600的顺序按照要求的格式输出高帧频连续的红外场景。

本发明与现有技术相比具有如下优点

1、本发明由红外场景生成计算机、***监视显示器和场景输出转换模块组成，装置结构合理，实现简单，易于操作成本低廉，由红外场景生成计算机将时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，然后通过场景输出转换模块将低帧频红外场景拆分生成时间维度上的高帧频红外场景输出，解决现有红外场景生成***无法生成和输出高帧频的红外场景的问题，可以广泛的应用于各种复杂环境中，并且保养容易。

2、本发明***的红外场景生成计算机两路显卡输出分辨率若为1440*900，能够有效输出的红外场景帧频可以高达1000fps@128*128，并且输出格式可以根据用户自定义。

附图说明

图1为本发明的***结构框图；

图2为本发明红外场景生成计算机软件工作流程图；

图3为本发明中显卡输出1440*900分辨率的帧图示意图；

图4为本发明中场景输出转换模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如附图1所示，高帧频红外场景生成与输出***，由红外场景生成计算机、***监视显示器、场景输出转换模块组成：

红外场景生成计算机一方面为***提供实时渲染的红外场景，把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，并且显示在***监视显示器上，同时输出到场景输出转换模块；另一方面把***的控制命令，以及红外场景的输出指标，如红外场景分辨率，帧频，通过RS422串口与场景输出转换模块进行通信。

***监视显示器通过DVI接口或VGA接口与红外场景生成计算机连接，***监视显示器可以监控时间维度上的高帧频红外场景转化成空间维度低帧频红外场景的实时状况，并且为***设置提供人机交互显示界面。

场景输出转换模块由MCU模块、FPGA主控制器、DDR2-SDRAM缓存模块、场景输入接收模块，以及场景输出模块组成。MCU模块通过RS422串口接收并解析来自红外场景生成计算机发送的控制命令以及红外场景输出指标，将解析后的命令和指标数据通过EMIF接口发送至FPGA主控制器，同时接收FPGA控制器返回的***状态信息并将该信息通过RS422串口传输回红外场景生成计算机；FPGA主控制器负责针对不同的红外场景输出指标，把来自红外场景生成计算机的空间维度上的低帧频红外场景拆分，生成时间维度上的高帧频红外场景，并控制输出；DDR2-SDRAM缓存模块用于把FPGA主控制器处理过程中的红外场景数据进行缓存；场景输入接收模块在***中的作用是把红外场景生成计算机输出的串行红外场景数据格式解码成并行红外场景数据格式，并传给FPGA主控制器，在本***中场景输入接口为DVI或HDMI；场景输出模块用于输出通用的高帧频红外场景格式，这一输出格式可以自定义。

如附图2所示，本发明中红外场景生成计算机软件工作流程为：

1)待场景输出转换模块上电之后，向其发送***握手指令，若其返回响应指令正确，则表明握手成功，否则握手失败，进入失败警告；

2)成功握手之后在软件界面选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，并把该红外场景的输出指标信息传输给场景输出转换模块；

3)设定结束后红外场景生成计算机在***工作过程中按照分辨率和帧频要求实时渲染生成红外场景，把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，即让红外场景生成计算机显卡输出的每一帧图像都包含M(M≥1)帧实时渲染生成的红外场景图像，同时显示在***监视显示器上；

4)当用户选择停止红外场景生成，则软件停止工作，并向场景输出转换模块发送停止命令；

5)若用户需要继续生成红外场景，则软件重复步骤1)到3)。

进一步，设定红外场景生成计算机显卡输出为复制模式，一路显卡输出给***监视显示器，另一路显卡输出给场景输出转换模块。两路显卡输出分辨率都设定为1440*900，帧频都设定为60fps。红外场景生成计算机在输出红外场景之前需要通过软件界面选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，现在以分辨率128*128，帧频600fps为例。红外场景生成计算机实时渲染生成128*128分辨率的600fps的红外场景，按照数字排序把一秒钟生成的600帧场景排序为f1、f2、f3、f4······f598、f599、f600。最终这600帧场景都要按照红外场景生成计算机显卡的输出帧频60fps输出至场景输出转换模块，也就是说显卡输出的每一帧图像都必须包含10帧实时渲染的红外场景。

如附图3所示，为本发明中显卡输出1440*900分辨率的帧图示意图，在这样一个分辨率下横向可以容纳1440/128＝11.25个128*128分辨率的帧图，同理纵向可以容纳900/128＝7.03125个128*128分辨率的帧图，但是为了使得每一个128*128分辨率的帧图有明显的界限，在相邻的128*128分辨率帧图之间留有15个像素的间隙，那么横向纵向分别就只能容纳10个和6个128*128分辨率的帧图。即当前1440*900分辨率下，每帧1440*900的显卡输出最多可以容纳128*128分辨率的场景60个。如果这60个128*128分辨率的场景有时间关联性，那么在以上条件下***最高可以输出的理论帧频信息为60*60fps＝3600fps，但是这个数据还依赖于红外场景生成计算机实时渲染和输出的能力，实际并不能达到这么高。

对于分辨率128*128，帧频600fps的实例只需要在1440*900的分辨率中占用60个场景区域的前10个，见附图3虚线框中内容，红外场景生成计算机每秒在输出1-60帧标准格式图像时，需要把渲染生成的600帧红外场景的第f(10n+1)到f(10n+10)帧场景图分别赋给1440*900的分辨率中60个场景区域的前10个区域，此时对应于1-60帧的显卡输出，n的取值范围是0到59，即：对应于第1帧显卡输出，f1到f10分别赋给场景区域1到10；对应于第60帧显卡输出，f591到600分别赋给场景区域1到10。

如附图4所示，场景输出转换模块工作流程为：

1)***上电后，待接收到来自红外场景生成计算机发送的握手信号，进行握手响应；

2)接收来自红外场景生成计算机发送的场景分辨率及帧频信息，进行内部参数的配置和初始化；

3)接收红外场景生成计算机显卡传输而来的红外场景信号，解析出有效数据，并将其缓存在DDR2-SDRAM之中；

4)根据上述红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM中读取出来，依旧对于上述分辨率128*128，帧频600fps的实例，FPGA主控制器从DDR2-SDRAM中分别读出显卡输出第1帧中的f1到f10，显卡输出第2帧中的f11到f20，显卡输出第60帧中的f591到f600，然后按照f1、f2、f3······f598、f599、f600的顺序按照用户要求的格式输出高帧频连续的红外场景；

5)当接收到来自红外场景生成计算机发送的停止命令，场景输出转换模块停止场景输出；

6)若用户需要继续生成红外场景，则场景输出转换模块重复步骤1)到5)的操作。

所述场景输出转换模块中FPGA选用XC6SLX16芯片；MCU选用STC15L2K08S2芯片；DDR2-SDRAM选用MT47H128M16-25芯片。上述场景输入接收模块中选用的DVI解码芯片为TFP401APZP；HDMI解码芯片为ADV7612。

由于计算机显卡的输出都是固定格式，且一般显卡不能输出高帧频的图像数据，所以该***红外场景生成计算机输出高帧频红外场景的思想是：

通过红外场景生成计算机实时渲染红外场景，并且把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景；然后通过场景输出转换模块接收红外场景生成计算机显卡传输来的红外场景信号，并缓存在DDR2-SDRAM缓存模块中；最后，场景输出转换模块根据红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM缓存模块中读取出来，按照要求的格式输出高帧频连续的红外场景，满足高帧频红外场景输出的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施方法揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种高帧频红外场景生成与输出***，其特征在于：由红外场景生成计算机、***监视显示器和场景输出转换模块组成；

红外场景生成计算机提供实时渲染的红外场景，把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，同时显示在***监视显示器上并且输出到场景输出转换模块；另一方面，红外场景生成计算机将***的控制命令，以及红外场景的输出指标通过RS422串口发送给场景输出转换模块，并进行通信；

***监视显示器用以监控时间维度上的高帧频红外场景转化成空间维度低帧频红外场景的实时状况，并且为***设置提供人机交互显示界面；

场景输出转换模块由MCU模块、FPGA主控制器、DDR2-SDRAM缓存模块、场景输入接收模块以及场景输出模块组成；MCU模块通过RS422串口接收并解析来自红外场景生成计算机发送的控制命令以及红外场景的输出指标，将解析后的命令和指标数据通过EMIF接口发送至FPGA主控制器，同时接收FPGA主控制器返回的***状态信息并将该信息通过RS422串口传输回红外场景生成计算机；FPGA主控制器负责针对不同的红外场景输出指标，把来自红外场景生成计算机输出的空间维度上的低帧频红外场景拆分，生成时间维度上的高帧频红外场景，并控制输出；DDR2-SDRAM缓存模块用于把FPGA主控制器处理过程中的红外场景数据进行缓存；场景输入接收模块用于把红外场景生成计算机输出的串行红外场景数据格式解码成并行红外场景数据格式，并传给FPGA主控制器；场景输出模块用于输出通用的高帧频红外场景格式。

2.根据权利要求1所述的高帧频红外场景生成与输出***，其特征在于：所述场景输入接收模块输入接口为DVI接口或HDMI接口。

3.根据权利要求1所述的高帧频红外场景生成与输出***，其特征在于：所述***监视显示器通过DVI接口或VGA接口与红外场景生成计算机连接。

4.一种基于权利要求1所述***的高帧频红外场景生成与输出方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过***监视显示器选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，并把该红外场景的输出指标信息传输给场景输出转换模块；

2)设定结束后红外场景生成计算机实时渲染红外场景，并且把时间维度上的高帧频红外场景分解为空间维度若干个低帧频的红外场景，即让红外场景生成计算机显卡输出的每一帧图像都包含M帧实时渲染生成的红外场景图像，M≥1；

3)场景输出转换模块接收红外场景生成计算机显卡传输来的红外场景信号，解析出有效数据，并将其缓存在DDR2-SDRAM缓存模块中；

4)场景输出转换模块根据红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM缓存模块中读取出来，按照要求的格式输出高帧频连续的红外场景；

5)当接收到来自红外场景生成计算机发送的停止命令，场景输出转换模块停止场景输出；

6)若需要继续生成红外场景，则场景输出转换模块重复步骤1)到5)的操作。

5.根据权利要求4所述的高帧频红外场景生成与输出方法，其特征在于：所述步骤1)中待场景输出转换模块上电之后，向其发送***握手指令，若其返回响应指令正确，则表明握手成功，否则握手失败，进入失败警告；成功握手之后再通过***监视显示器选择***所要输出红外场景的分辨率及帧频，并把该红外场景的输出指标信息传输给场景输出转换模块。

6.根据权利要求4所述的高帧频红外场景生成与输出方法，其特征在于：所述红外场景生成计算机的显卡输出设定为复制模式，一路显卡输出给***监视显示器，另一路显卡输出给场景输出转换模块。

7.根据权利要求6所述的高帧频红外场景生成与输出方法，其特征在于：两路显卡输出分辨率都设定为1440*900，帧频都设定为60fps；红外场景生成计算机实时渲染生成128*128分辨率的600fps的红外场景，按照数字排序把一秒钟生成的600帧场景排序为f1、f2、f3、f4······f598、f599、f600，从1440*900分辨率帧图的左上角开始按照“Z”字型给每一场景区域编号，依次为1、2、3······58、59、60，将这600帧场景按照红外场景生成计算机显卡的输出帧频60fps输出至场景输出转换模块，每一帧显卡输出图像包含10帧实时渲染的红外场景；

场景输出转换模块根据上述红外场景在每帧显卡输出图像中的位置关系，将离散的低帧频的红外场景依次从DDR2-SDRAM中读取出来，FPGA主控制器从DDR2-SDRAM中分别读出显卡输出第1帧中的f1到f10，显卡输出第2帧中的f11到f20，显卡输出第60帧中的f591到f600，然后按照f1、f2、f3······f598、f599、f600的顺序按照要求的格式输出高帧频连续的红外场景。