专利名称：一种短波非制冷红外成像装置的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理领域，涉及红外图像处理技术的一种短波非制冷红外成像装置。
背景技术：
短波红外焦平面探测器异军突起已成为红外焦平面成像技术领域的热点之一。短波红外辐射是指波长为0. 76 3. 0 m的红外辐射，广泛存在于自然界中。其主要来源有自然环境反射、高温物体主动辐射、人造短波红外光源等。随着短波非制冷红外探测器的不 断发展，短波红外成像技术现已广泛应用于各种领域。军事上用于可视-短波红外夜视、短波红外主动照明光源探测、伪装识别、激光制导和激光雷达等；在空间探测领域已成功用于深空探测；在遥感方面用于探测地球矿产资源，监测土壤、植被含水量及大气成份变化，农作物估产及防灾减灾等；在商用方面可用作各种短波红外光谱仪、短波红外探伤、短波红外测定含量、半导体器件制造业中的芯片在线自动检测等；并已经开始越来越多应用于生物医学领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种电路结构小、系统控制和时序逻辑简单的一种短波非制冷红外成像装置。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种短波非制冷红外成像装置，该装置包括驱动短波红外探测器工作的探测器驱动装置，所述探测器驱动装置的输出端与短波红外探测器的驱动输入端连接，短波红外探测器的温度控制信号输入端与探测器温度控制装置连接，所述短波红外探测器的输出端与探测器数据采集装置的输入端相连，探测器数据采集装置的输出与红外图像预处理装置的输入端连接，红外图像预处理装置的输出端分别与探测器驱动装置的输入端、视频转换装置的信号输入端和上位机控制相连，所述视频转换装置的信号的输出端连接有一个监视器。所述红外图像预处理装置包括红外图像非均匀校正系数计算模块、非均匀校正模块和与上位机进行通信的通信模块，红外图像非均匀校正模块的输出端依次连接有红外图像盲元替换模块、红外图像直方图统计模块、红外图像灰度变换模块，红外图像灰度变换模块的输出端通过灰度映射表计算后进行输出。所述红外图像预处理装置采用ALTERA公司现场可编程器件EP3C80F484I6。所述探测器驱动装置采用精确线性电源驱动芯片产生短波红外探测器驱动电压。所述红外图像盲元替换模块采用中值滤波装置确定盲元替换位置。所述红外图像灰度变换模块采用自动门限判定装置确定灰度变换的高低门限。所述探测器温度控制装置采用模拟比例微分积分控制方法实时控制探测器的焦平面工作温度。本发明的短波非制冷红外成像装置具有集成度高、体积小、功耗低、可靠性高的特点，通过减少各处理芯片之间的交互使得图像处理的效率更高，速度更快，实时性和可控性更强，可以满足各种系统对短波红外成像装置结构尺寸、功耗和电磁兼容等指标的严格要求。
图I是短波非制冷红外成像装置原理 图2是红外图像预处理装置原理 图3是SOPC软件流程 图4是本发明短波非制冷红外成像装置实施例示意图。
具体实施例方式如图I所示为本发明短波非制冷红外成像装置的原理图，由图可知，该装置包括驱动短波红外探测器工作的探测器驱动装置，所述探测器驱动装置的输出端与短波红外探测器的驱动输入端连接，短波红外探测器的温度控制信号输入端与探测器温度控制装置连接，所述短波红外探测器的输出端与探测器数据采集装置的输入端相连，探测器数据采集装置的输出与红外图像预处理装置的输入端连接，红外图像预处理装置的输出端分别与探测器驱动装置的输入端、视频转换装置的信号输入端和上位机控制相连，所述视频转换装置的信号的输出端连接有一个监视器。视频转换装置用于将预处理后的红外图像进行视频转换，它有两方面的作用(I)将预处理后的红外信号进行视频合成；(2)将视频合成的信号进行数模转换。如图2所示为本发明红外图像预处理装置的原理图，由图可知，该装置包括红外图像非均匀校正系数计算模块、利用计算结果对红外图像进行实时校正的非均匀校正模块和与上位机进行通信的通信模块，非均匀校正系数计算模块和非均匀校正模块的输入均为红外信号输入，非均匀校正系数计算模块的计算结果存储在系数存储器中；非均匀校正模块的输出端依次连接有红外图像盲元替换模块、红外图像直方图统计模块、红外图像灰度变换模块，红外图像灰度变换模块的输出端通过灰度映射表计算后进行输出。本发明中驱动短波红外探测器工作的探测器驱动装置采用精确线性电源驱动芯片产生短波红外探测器驱动电压；短波非制冷红外探测器温度控制装置采用模拟比例微分积分控制方法实时控制短波非制冷红外探测器的焦平面工作温度。在红外图像预处理装置，红外图像非均匀较正系数计算模块采用运行在FPGA内部SOPC软核上的程序模块来计算红外图像的非均匀校正系数；红外图像盲元替换模块采用中值滤波装置确定盲元替换位置；红外图像灰度变换模块采用自动门限判定装置确定灰度变换的高低门限。驱动短波红外探测器工作的装置为短波红外探测器提供驱动电压和约定的时序脉冲信号，采集短波红外探测器输出数据的装置，按照短波红外探测器的工作频率依次采集红外探测器输出，并将采集结果顺序输入红外图像预处理装置，红外图像预处理装置工作分为非实时模式和实时模式两种状态非实时模式下，预处理装置采用SOPC软核完成非均匀校正系数计算，并将校正系数的计算结果写入系数存储器；实时模式下，首先非均匀校正装置根据校正系数对红外信号进行非均匀校正，然后片上系统采用3X3窗口中值滤波的方法确定盲元位置，并用窗口内9个像素的平均值替换盲元。红外图像直方图统计模块实时接收经过非均匀校正和盲元替换后的红外图像数据，并以数据量的形式实时统计每帧图像的直方图，然后由灰度变换模块根据每帧图像的直方图统计结果，实时计算出灰度变换的高低门限，最后根据高低门限进行灰度变换，并将变换结果写入灰度变换存储器。短波非制冷红外探测器温度控制装置采用模拟比例微分积分方法控制非制冷红外探测器的焦平面工作温度，控制装置实时读取反映焦平面温度的温度二极管的输出并且将读取的温度值与设点温度值比较，通过比较结果驱动温度控制装置工作。参照图3，为保证系统工作的实时性，短波红外图像处理系统软件以每帧信号的开始为起点进行数据采集、预处理和视频转换工作。每帧信号开始后，首先进行系统初始化和自检，再查询是否有新帧开始，如果有，则进行红外信号的采集，判断上位机是否通过通信模块发送模式切换命令，若收到模式切换命令，采用片上系统的非均匀校正系数计算装置，立刻通过图像冻结装置禁止存储器的写入，然后根据存储器内的数据进行非均匀校正系数的计算，计算完成后返回到帧查询位置等待下一帧到来；若没有收到模式切换命令，则依次执行实时模式下的各项操作非均匀校正——盲元替换——红外信号灰度变换，最后将变 换后的信号进行视频转换输出，返回到帧查询位置等待下一帧到来。如图4所示本发明短波非制冷红外成像装置实施例示意图，该装置的红外图像预处理装置采用ALTERA公司现场可编程器件EP3C80F484I6，现场可编程器件通过模数转换模块AD9240与短波红外探测器连接，短波红外探测器的输出端分别连接有探测器驱动装置和探测器温度控制模块ADN8830;现场可编程器件的输出端一方面通过串行通信模块XL2550与上位机连接，另一方面通过视频转换模块ADV7123与监视器连接。现场可编程器件EP3C80F484I6还外接有配置控制器EPM7128、程序存储器AM29LV06 、数据存储器WEDPS512K32、双口存储器IDT70T633和有源晶体振荡器。上述现场可编程器件EP3C80F484I6包括时钟管理模块、SOPC软核处理器、驱动控制模块、数据采集控制模块、非均匀校正模块、直方图统计模块、视频合成控制器、双口存储器控制器、同步信号控制器、片内灰度变换存储器。其内部相互连接关系为时钟管理模块与片上系统处理器、驱动控制模块、数据采集控制模块、非均匀校正装置、直方图统计模块、视频合成控制器、双口存储器控制器、同步信号控制器、片内灰度变换存储控制器相连，SOPC软核处理器与直方图统计模块、同步信号控制器、片内灰度变换存储控制器相连，实时信号处理模块与数据采集控制模块、双口存储器控制器相连。可编程器件EP3C80F484I6是短波非制冷红外成像装置的核心部分，负责完成短波红外探测器的时序驱动、数据采集模块驱动、非均匀校正、直方图统计和视频合成等一系列工作。其中的SOPC软核处理器完成非均匀校正系数的计算、直方图均衡、串行通信等工作。数据存储器和程序存储器作为可编程器件的外围器件支持上述工作。双口存储器IDT70T633是短波红外图像的帧存储器，用于在图像处理时暂存视频图像。模数转换模块采集短波红外探测器输出的模拟信号将其转换为14bit输出的数字信号。视频输出模块将经过处理的数字视频信号转换为PAL制模拟视频输出到监视器上。温度控制模块采集探测器输出端的温度传感器的输出，根据输出值实时控制探测器工作在稳定的温度条件下。
权利要求
1.一种短波非制冷红外成像装置，其特征在于该装置包括驱动短波红外探测器工作的探测器驱动装置，所述探测器驱动装置的输出端与短波红外探测器的驱动输入端连接，短波红外探测器的温度控制信号输入端与探测器温度控制装置连接，所述短波红外探测器的输出端与探测器数据采集装置的输入端相连，探测器数据采集装置的输出与红外图像预处理装置的输入端连接，红外图像预处理装置的输出端分别与探测器驱动装置的输入端、视频转换装置的信号输入端和上位机控制相连，所述视频转换装置的信号的输出端连接有一个监视器。
2.根据权利要求I所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述红外图像预处理装置包括红外图像非均匀校正系数计算模块、非均匀校正模块和与上位机进行通信的通信模块，红外图像非均匀校正模块的输出端依次连接有红外图像盲元替换模块、红外图像直方图统计模块、红外图像灰度变换模块，红外图像灰度变换模块的输出端通过灰度映射表计算后进行输出。
3.根据权利要求2所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述红外图像预处 理装置采用ALTERA公司现场可编程器件EP3C80F484I6。
4.根据权利要求I所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述探测器驱动装置采用精确线性电源驱动芯片产生短波红外探测器驱动电压。
5.根据权利要求2所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述红外图像盲元 替换模块采用中值滤波装置确定盲元替换位置。
6.根据权利要求I所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述红外图像灰度变换模块采用自动门限判定装置确定灰度变换的高低门限。
7.根据权利要求I所述的短波非制冷红外成像装置，其特征在于所述探测器温度控制装置采用模拟比例微分积分控制方法实时控制探测器的焦平面工作温度。
全文摘要
本发明涉及一种短波非制冷红外成像装置，该装置包括驱动短波红外探测器工作的探测器驱动装置，驱动装置的输出端与探测器的驱动输入端连接，探测器的信号输入端与探测器温度控制装置连接，探测器的输出端与探测器数据采集装置的输入端相连，数据采集装置的输出与红外图像预处理装置的输入端连接，预处理装置的输出端分别与驱动装置的输入端、视频转换装置的信号输入端和上位机控制相连。本发明的短波非制冷红外成像装置具有集成度高、体积小、功耗低、可靠性高的特点，通过减少各处理芯片之间的交互使得图像处理的效率更高，速度更快，实时性和可控性更强，可以满足各种系统对短波红外成像装置结构尺寸、功耗和电磁兼容等指标的严格要求。
文档编号G06T5/00GK102819822SQ201110424230
公开日2012年12月12日 申请日期2011年12月17日 优先权日2011年12月17日
发明者赵凯生, 赵东旭, 汪江华 申请人:中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所