CN105391955B - 一种红外图像采集处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外图像采集处理***，该***包括：红外探测器、AD温度转换器、AD数据转换器、偏置电压输出电路、TEC控制器和FPGA，FPGA内部实现图像采集控制器；红外探测器分别通过AD温度转换器、AD数据转换器与图像采集控制器相连；图像采集控制器分别通过偏置电压输出电路、TEC控制器与红外探测器相连；偏置电压输出电路用于为红外探测器提供偏置电压；TEC控制器用于调整红外探测器的温度。该***引入独立双AD转换的处理方式，将数据转换和温度转换分离开，独立双AD转换电路使得图像采集控制器可以实时得到准确的温度信息，从而保证对红外探测器的温度控制更加精确，减小红外探测器采集数据的失真。

Description

一种红外图像采集处理***
技术领域
本发明涉及红外图像采集技术领域，具体地，涉及一种红外图像采集处理***。
背景技术
自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度，就会不断地向外发射辐射能。红外图像采集***可将物体自然发射的红外辐射转化为可见的红外图像，因为不同物体或同一物体的不同部位具有不同的红外辐射特性，所以在红外图像采集仪器上得到的图像也不相同，从而使人眼的视觉感知范围扩展到裸眼看不到的红外辐射光谱区。
被采集物的红外辐射透过红外镜头聚焦于红外探测器的焦平面，红外探测器将热辐射转换为模拟电信号，经过红外探测器的读取电路，再由A/D转换器将模拟电信号转换为数字信号。然后利用现代数字图像处理技术进行实时处理，改善其成像质量。最后将图像显示到LCD屏上，这样人眼就可以清晰的看到被采集物的红外图像。
传统的图像采集和处理平台大多依托CPU或者DSP芯片作为核心器件，控制图像采集，存储和运算处理，其特点是采用CPU或者DSP进行串行化的处理。首先CPU控制红外探测器进行红外图像采集，得到图像数据后再通过CPU本身或者DSP对图像数据进行数字图像处理。
通过对以上现有技术的研究和实际应用环境的考虑，很容易发现现有技术存在以下缺点：(1)在红外图像采集过程中，红外探测器容易受温度的影响，由于红外探测器本身工作时会产生温度，导致对热辐射的模拟转换出现失真，从而影响采集的图像质量。(2)CPU和DSP无法满足一些包含复杂算法和实时高流量的数字图像处理，以CPU和DSP为核心则会影响整个***的效率。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中红外图像采集过程中容易导致图像失真缺陷，根据本发明的一个方面，提出一种红外图像采集处理***。
本发明实施例提供的一种红外图像采集处理***，包括：红外探测器、AD温度转换器、AD数据转换器、偏置电压输出电路、TEC控制器和FPGA，FPGA内部实现图像采集控制器；
红外探测器分别通过AD温度转换器、AD数据转换器与图像采集控制器相连；AD温度转换器用于将红外探测器的模拟温度数据转换为数字温度数据，并将数字温度数据发送至图像采集控制器；AD数据转换器用于将红外探测器采集的模拟图像信号转换为数字图像信号，并将数字信号发送至图像采集控制器；
图像采集控制器分别通过偏置电压输出电路、TEC控制器与红外探测器相连；偏置电压输出电路用于为红外探测器提供偏置电压；TEC控制器用于调整红外探测器的温度。
在上述技术方案中，偏置电压输出电路还与TEC控制器相连；TEC控制器还用于采集红外探测器的当前环境温度，并根据当前环境温度调整红外探测器的温度。
在上述技术方案中，根据当前环境温度调整红外探测器的温度，具体为：
图像采集控制器根据AD温度转换器发送的数字温度数据，实时调整输出到偏置电压输出电路的控制信号，控制偏置电压输出电路提供给TEC控制器的电压值。
在上述技术方案中，FPGA还包括图像处理模块；
图像采集控制器将采集到的数字图像信号传送至图像处理模块，图像处理模块用于对数字图像信号进行处理。
在上述技术方案中，FPGA设置有LCD接口，FPGA将处理后的图像信号通过LCD接口发送至外部的LCD显示屏。
在上述技术方案中，对数字图像信号进行处理，包括：
对数字图像信号进行非均匀校正、中值滤波、温度识别、图像增强、光标叠加中的一种或多种处理。
在上述技术方案中，FPGA还包括：缓存器、寄存器、复位电路，且FPGA外部集成闪存。
在上述技术方案中，AD温度转换器和AD数据转换器均为ADS850，偏置电压输出电路为DA转换器AD5324。
本发明实施例提供的一种红外图像采集处理***，引入独立双AD转换的处理方式，将数据转换和温度转换分离开，分别使用独立的AD转换器进行转换，将图像数据和温度数据分离开，保证图像数据处理时不受温度影响，处理精度更高。独立双AD转换电路使得图像采集控制器可以实时得到准确的温度信息，从而保证对红外探测器的温度控制更加精确，减小红外探测器采集数据的失真。同时，本发明实施例提供的红外图像采集处理***采用FPGA处理，在保证功能和性能的同时，省掉了DSP这一高价器件，节省整体的成本；同时可以提高处理速度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中红外图像采集处理***的第一结构图；
图2为本发明实施例中红外图像采集处理***的第二结构图；
图3为本发明实施例中图像处理模块的结构图；
图4为本发明实施例中红外图像采集处理***的第三结构图；
图5为本发明实施例一中红外图像采集处理***的结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
根据本发明实施例，提供了一种红外图像采集处理***，图1为该***的结构图，具体包括：红外探测器10、AD温度转换器20、AD数据转换器30、偏置电压输出电路40、TEC(Thermoelectric Cooler，半导体致冷器)控制器50和FPGA(Field Programmable GateArray，即现场可编程门阵列)，FPGA内部实现图像采集控制器60。
具体的，参见图1所示，红外探测器10分别通过AD温度转换器20、AD数据转换器30与图像采集控制器60相连。其中，AD温度转换器20用于将红外探测器10的模拟温度数据转换为数字温度数据，并将数字温度数据发送至图像采集控制器60；该红外探测器10的模拟温度数据具体为红外探测器的环境温度或芯片内部温度。AD数据转换器30用于将红外探测器10采集的模拟图像信号转换为数字图像信号，并将数字信号发送至图像采集控制器60；图像采集控制器60接收到一幅完整数字图像信号后即可以将该整幅图像数据信号发送给后续的处理模块进行处理。
同时，图像采集控制器60分别通过偏置电压输出电路40、TEC控制器50与红外探测器10相连；偏置电压输出电路40用于为红外探测器10提供偏置电压；TEC控制器50用于调整红外探测器10的温度。
其中，TCE控制器为热能转换控制器，图像采集控制器60控制TEC控制器50的开关(图1中的SHDN)，TEC控制器50根据检测到的红外探测器10的当前环境温度调整该红外探测器的温度。偏置电压输出电路40用于为红外探测器10提供偏置电压，使得红外探测器10正常工作。图像采集控制器60根据红外探测器的工作时序，实时产生图像采集控制信号，使得红外探测器能够实时的连续的输出红外图像数据和温度数据。
本发明实施例提供的一种红外图像采集处理***，引入独立双AD转换的处理方式，将数据转换和温度转换分离开，分别使用独立的AD转换器进行转换，将图像数据和温度数据分离开，保证图像数据处理时不受温度影响，处理精度更高。独立双AD转换电路使得图像采集控制器可以实时得到准确的温度信息，从而保证对红外探测器的温度控制更加精确，减小红外探测器采集数据的失真。同时，本发明实施例提供的红外图像采集处理***采用FPGA处理，在保证功能和性能的同时，省掉了DSP这一高价器件，节省整体的成本；同时可以提高处理速度。
优选的，参见图2所示，偏置电压输出电路40还与TEC控制器50相连，为该TEC控制器50提供偏置电压(图2中的FB+)；TEC控制器50还用于采集红外探测器10的当前环境温度(图2中的FB-)，并根据当前环境温度(图2中为采集红外探测器10的模拟温度数据，也可以采集红外探测器10的数字温度数据，即AD温度转换器20的输出端还与TEC控制器50相连，AD温度转换器20将数字温度数据发送至TEC控制器50)调整红外探测器10的温度。
具体的，图像采集控制器60根据AD温度转换器20发送的数字温度数据，实时调整输出到偏置电压输出电路40的控制信号，进而控制偏置电压输出电路40提供给TEC控制器50的电压值。通过调整TEC控制器50的偏置电压，从而调整TEC控制器50输出的热能，即可以调节红外探测器10的温度。
优选的，参见图3所示，FPGA还包括图像处理模块。图像采集控制器60将采集到的数字图像信号传送至图像处理模块，图像处理模块用于对该数字图像信号进行处理，包括：对数字图像信号进行非均匀校正、中值滤波、温度识别、图像增强、光标叠加中的一种或多种处理。
其中，对于图像数据，图像处理模块首先进行非均匀校正和中值滤波，去除采集时引入的非均匀性和噪声干扰。然后分析图像数据，识别图像所反映出的温度情况，并在相应位置叠加光标，明确的指示出温度情况，同时将图像进行增强处理，产生更加鲜明的对比。最后，参见图3、图4所示，FPGA设置有LCD接口，FPGA将处理后的图像信号通过LCD接口发送至外部的LCD显示屏，进而控制LCD将图像完整的清晰的显示出来，便于直观查验。
优选的，参见图4所示，FPGA还包括：缓存器、寄存器(Register_Ctrl)、复位电路(Reset_Ctrl)、AMBA，且FPGA外部集成闪存(FLASH)。
下面通过一个实施例详细介绍该图像采集***的结构。
实施例一
在实施例一中，参见图5所示，红外探测器使用UL03262，AD温度转换器和AD数据转换器均采用ADS850，TEC温度控制器使用MAX1978，偏置电压输出电路40采用DA转换器，具体为AD5324；闪存FLASH使用M25P64，缓存SDRAM使用K4S641632N，LCD显示屏使用AT070TN83，FPGA使用Altera的Cyclone V SoC 5CSEMA5F31C6。实施例一仅为一种具体的实施方式，但并不限于此，可根据需要选择其他型号器件。
FPGA通过DA转换器产生偏置电压并施加到红外探测器上，然后控制红外探测器将红外光信号转换成模拟电信号，同时FPGA还通过控制TEC温度控制器来保持红外探测器的工作温度。两路AD转换器将红外探测器输出的模拟电信号转换成数字电信号，其中包括温度信息和图像信息，然后反馈给FPGA。FPGA根据得到的温度信息和图像信息进行对应的红外图像处理，然后将红外图像呈现到LCD上。FLASH和SDRAM用于保存FPGA在进行红外图像处理时所需要的信息。
本发明实施例提供的一种红外图像采集处理***，引入独立双AD转换的处理方式，将数据转换和温度转换分离开，分别使用独立的AD转换器进行转换，将图像数据和温度数据分离开，保证图像数据处理时不受温度影响，处理精度更高。独立双AD转换电路使得图像采集控制器可以实时得到准确的温度信息，从而保证对红外探测器的温度控制更加精确，减小红外探测器采集数据的失真。同时，本发明实施例提供的红外图像采集处理***采用FPGA处理，在保证功能和性能的同时，省掉了DSP这一高价器件，节省整体的成本；同时可以提高处理速度。
本发明能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图5为例结合附图对本发明的技术方案作举例说明，这并不意味着本发明所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本发明权利要求的实施方式均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种红外图像采集处理***，其特征在于，包括：红外探测器、AD温度转换器、AD数据转换器、偏置电压输出电路、TEC控制器和FPGA，所述FPGA内部实现图像采集控制器；
所述红外探测器分别通过所述AD温度转换器、所述AD数据转换器与所述图像采集控制器相连；所述AD温度转换器用于将所述红外探测器的模拟温度数据转换为数字温度数据，并将所述数字温度数据发送至所述图像采集控制器；所述AD数据转换器用于将所述红外探测器采集的模拟图像信号转换为数字图像信号，并将所述数字图像信号发送至所述图像采集控制器；
所述图像采集控制器分别通过所述偏置电压输出电路、所述TEC控制器与所述红外探测器相连；所述偏置电压输出电路用于为所述红外探测器提供偏置电压；所述TEC控制器用于调整所述红外探测器的温度；
其中，所述偏置电压输出电路还与所述TEC控制器相连；所述TEC控制器还用于采集所述红外探测器的当前环境温度，并根据所述当前环境温度调整所述红外探测器的温度；
所述根据所述当前环境温度调整所述红外探测器的温度，具体为：
所述图像采集控制器根据所述AD温度转换器发送的所述数字温度数据，实时调整输出到所述偏置电压输出电路的控制信号，控制所述偏置电压输出电路提供给所述TEC控制器的电压值；
所述FPGA还包括图像处理模块；
所述图像采集控制器将采集到的所述数字图像信号传送至所述图像处理模块，所述图像处理模块用于对所述数字图像信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的红外图像采集处理***，其特征在于，所述FPGA设置有LCD接口，所述FPGA将处理后的图像信号通过所述LCD接口发送至外部的LCD显示屏。
3.根据权利要求1所述的红外图像采集处理***，其特征在于，所述对所述数字图像信号进行处理，包括：
对所述数字图像信号进行非均匀校正、中值滤波、温度识别、图像增强、光标叠加中的一种或多种处理。
4.根据权利要求1-3任一所述的红外图像采集处理***，其特征在于，所述FPGA还包括：缓存器、寄存器、复位电路，且所述FPGA外部集成闪存。
5.根据权利要求1-3任一所述的红外图像采集处理***，其特征在于，所述AD温度转换器和AD数据转换器均为ADS850，所述偏置电压输出电路为DA转换器AD5324。
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