专利名称：一种红外图像处理芯片及处理方法
技术领域：
本发明涉及红外波段成像技术领域，尤其涉及一种红外图像处理芯片及处理方法。
背景技术：
从目前发展看，红外波段成像设备在军用领域及民用领域都将发挥越来越重要的作用，有着巨大的潜在市场需求。红外波段成像技术主要包括红外成像传感器技术以及后续的红外图像处理技术。由于受红外探测器固有特性的影响，应用红外成像传感器技术得到的红外图像存在像元阵列响应非均匀性的问题，图像对比度模糊的问题，边缘分辨率模糊的问题，还存在随机干扰 和竖条纹干扰等一系列特殊问题。这些问题都需要通过红外图像处理技术解决。可见，红外图像处理工作比可见光波段图像处理更为复杂，且对红外图像处理系统的实时处理性能和可靠性要求更为苛刻。通常采用红外焦平面阵列(IRFPA)处理电路实现红外图像处理。现有的红外焦平面阵列处理电路都是采用FPGA (FieId-ProgrammabIe Gate Array,现场可编程门阵列)，或者DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)结合FPGA实现的。采用FPGA、或者DSP结合FPGA实现红外焦平面阵列处理电路，其处理性能受器件与应用水平限制，且系统构成需要大量外围元器件，如FPGA的配置芯片、DA等，功耗较大。为了减低功耗或体积，只能以牺牲红外图像处理的系统性能或功能为代价。随着红外探测器的像元尺寸越来越大(向高分辨率发展)、应用要求越来越高(向高帧率处理发展)，使用传统的FPGA、或者DSP结合FPGA实现的红外焦平面阵列处理电路将越来越难以满足日益增长的系统小型化要求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种红外图像处理芯片及处理方法，以解决现有的红外焦平面阵列处理电路存在的上述问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种红外图像处理芯片，所述红外图像处理芯片为系统级芯片，包括图像处理引擎模块，用于对IRFPA和AFE (主动前端)进行时序控制，接收所述AFE输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出；主控处理模块，用于提供所述图像处理引擎模块需要的参数；温控模块，用于对所述IRFPA进行温度控制；外设接口模块，用于提供与外部设备连接的接口。一种红外图像处理方法，其特征在于，包括用于红外图像处理的系统级芯片中的图像处理引擎对IRFPA和AFE进行时序控制，接收所述AFE输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出。本发明实施例提供的红外图像处理芯片，基于SoC架构，以单芯片的形式实现红外图像处理电路，实现了红外图像处理电路的小型化，进而提高了红外成像系统整体的实时性、可靠性。
图I为本发明实施例提供的红外图像处理芯片结构示意图；图2为本发明实施例提供的红外成像系统结构示意图。
具体实施例方式红外波段成像系统是一种用来探测目标物体的红外辐射，将目标物体的温度分布 转换成图像信号的产品。其主要器件包括应用红外成像传感器技术的红外探测器、红外焦平面阵列处理电路。随着红外探测器的像元尺寸越来越大，应用要求越来越高。传统的红外焦平面阵列处理电路都采用百万门级的FPGA为核心配合多种外设芯片构成处理电路，实现成本高、硬件实现复杂度高，且处理性能不够理想。因此，使用传统的FPGA、或者DSP结合FPGA实现的红外焦平面阵列处理电路将越来越难以满足日益增长的系统小型化和低功耗要求，完善的专用单芯片平台化解决方案是红外焦平面阵列处理电路的一个必然的发展趋势。针对传统红外焦平面阵列处理电路的缺陷，顺应上述发展趋势，本发明实施例提供一种红外图像处理芯片，该芯片基于SoC(System on Chip，系统级芯片)架构，为IRFPA应用提供完整的配套解决方案以该芯片为处理核心，外接红外探测器的IRFPA和AFE、以及存储器等外部设备，即可以构成红外波段成像设备的成像组件。本发明实施例提供的红外图像处理芯片的具体实现结构如下图像处理引擎模块，用于对IRFPA和AFE进行时序控制，接收所述AFE输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出；主控处理模块，用于提供所述图像处理引擎模块需要的参数；其中，图像处理引擎模块需要的参数可以但不仅限于包括非均匀性校正所需的校正系数、盲元处理所需的坏点系数、灰度处理所需要的参数等等。温控模块，用于对所述IRFPA进行温度控制；外设接口模块，用于提供与外部设备连接的接口 ；其中，所述的外部设备可以但不仅限于包括外部存储器设备，如SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)、Flash (闪存)；输入输出设备，如串口、键盘、SD卡(Secure Digital Memory Card,安全数码卡)及其他外设。本发明实施例提供的红外图像处理芯片，基于SoC架构，以单芯片的形式实现红外图像处理电路，实现了红外图像处理电路的小型化，进而提高了红外成像系统整体的实时性、可靠性。
本发明实施例所述的红外图像处理芯片，所述的图像处理引擎模块进一步包括可编程时序控制器子模块，用于对IRFPA和AFE进行时序控制；像元采集子模块，用于接收所述AFE输出的红外数字图像信号；非均匀性校正处理子模块，用于对所述红外数字图像信号进行非均匀性校正；盲元处理子模块，用于对经过非均匀性校正的红外数字图像信号进行盲元检测和盲元替换处理； 灰度统计子模块，用于对象元采集子模块接收到红外数字图像信号进行灰度统计；灰度处理子模块，用于对经过盲元处理的红外数字图像信号进行灰度替换与灰度增强处理；模板滤波器子模块，用于对经过灰度处理的红外数字图像信号进行降低随机干扰和竖条纹干扰的处理；视频编码器子模块，用于将模板滤波器子模块处理后的数字图像信号转换成复合视频信号并输出；远程数字视频输出子模块，用于将像元采集子模块接收至灰度处理子模块处理后任意处理阶段的红外数字图像信号进行远程输出；行缓存子模块，用于对图像处理所需要的参数进行缓存。本发明实施例提供的红外图像处理芯片，所述的外设接口模块进一步包括外部存储器接口子模块，如外存控制器、DMA (Direct Memory Access，直接内存存取)控制器；输入输出设备接口子模块，如 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收/发送装置)、键盘控制器、SD卡控制器、GPI0(General Purpose Input Output,通用输入/输出)。其中，外存控制器提供了芯片与外部存储设备的接口 ；DMA控制器使得控制外存控制器按照DMA方式读写数据；UART提供了芯片与串口设备的接口；键盘控制器提供了芯片与键盘的接口 ；SD卡控制器提供了芯片与SD卡的接口；GPIO提供了芯片与其他通用输入输出外部设备的接口。本发明实施例提供的红外图像处理芯片，所述的主控处理模块进一步包括主控微处理器核、总线开关矩阵、总线桥。本发明实施例中，主控微处理器核和图像处理引擎模块的各个子模块通过总线开关矩阵接入所述红外图像处理芯片的高速总线；外设接口模块的输入输出设备接口子模块接入所述红外图像处理芯片的低速总线，所述低速总线通过总线桥接入所述高速总线；另夕卜，外设接口模块的外部存储器接口子模块和图像处理引擎模块的行缓存子模块直接接入所述高速总线。与传统的SoC设计不同，本发明实施例提供的红外图像处理芯片，有相互独立的两组外部SDRAM接口，将片内图像处理引擎模块的数据流通路与片内主控微处理器核的软件算法处理所需的数据流通路进行分离，并通过内部的总线开关矩阵(Switch)对这两个数据流通路需要实现共享的数据进行适时交换。这种创新的SoC数据总线中心交换结构极大地减少了处理数据流的冲突仲裁所带来的阻塞，很好地解决了实时红外图像处理与各级流水线处理之间的数据共享之间的数据竞争问题。下面结合具体应用实施例对本发明实施例提供的红外图像处理芯片进行详细说明。以图I所示的红外图像处理芯片为例，本发明具体应用实施例提供的红外处理芯片为一款基于SoC技术架构的数模混合图像信号处理芯片。其总体工作处理流程可以概括为对IRFPA和AFE进行时序控制，为IRFPA和AFE提供精确的控制时序驱动；接收由IRFPA输出并经AFE量化的14-bit红外数字图像信号；对红外数字图像信号进行非均匀性校正处理、盲元检测与替换处理、图像灰度变换与增强处理、竖条纹滤波等处理；处理后的数字图像信号经10-bit视频编码器转换为标准CCIR制式的复合视频信号输出显示。本应用实施例的处理芯片主要由图像处理引擎模块、主控处理模块、温控模块和外设接口模块四部分组成。 (一)图像处理引擎模块图I所示的可编程时序控制器、像元采集子模块、用于进行图像处理的各个硬件处理引擎、视频编码器、模拟复合视频输出单元、远程数字视频输出单元、和行缓存构成所述图像处理引擎模块。下面分别对图像处理引擎模块的各个组成单元进行详细介绍I、可编程时序控制器(即上述可编程时序控制器子模块)不同厂商提供的IRFPA的控制信号和输出格式不尽相同。为了尽可能实现通用的无缝对接，本发明应用实施例提供的红外图像处理芯片中，可编程时序控制器为具有灵活、强大的可编程时序发生功能的模块。可编程时序控制器由PLL (Phase Locked Loop,锁相环)电路和DLL (Delay-lockedLoop，延迟锁相环)电路结合实现，其具体实现方式可参考现有的可编程时序控制器实现技术，这里不再赘述。可编程时序控制器用于对IRFPA进行时序控制，还用于控制所述IRFPA的模拟电压信号的调理。其工作参数如下主像素时钟MCLK输出设计为5 13. 5MHz可调，以0. 125MHz步长进行设置，并可以设置每行的有效像素点数量与起始位置，可以选择有效像素Gating操作以降低功耗；帧同步(复位)VS输出可以以MCLK为单位设置周期、输出脉宽和极性；行同步(积分)HS输出可以以MCLK为单位设置脉冲周期、脉宽和极性，设置Gating,以及HS与VS之间相位差，以调整IRFPA积分时间。可编程时序控制器还用于对AFE进行时序控制。具体的，控制AFE的采样时钟SCLK输出为与MCLK同频、同步且相位差可调，相位差调整精度为1/16MCLK，并允许Gating操作以实现低功耗。2、像元采集子模块用于接收由IRFPA输出并经过AFE量化的14_bit数字图像信号。3、用于进行图像处理的各个硬件处理弓I擎用于进行图像处理的硬件处理引擎包括进行非均匀性校正的硬件处理引擎、进行盲元处理的硬件处理引擎、进行灰度统计的硬件处理引擎、进行灰度处理的硬件处理引擎、和模板滤波器。
硬件处理引擎由专用硬件处理单元与DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)运算单元构成。以进行非均匀性校正的硬件处理引擎为例，其由负责非均匀性校正的专用硬件处理单元和DSP运算单元构成。具体的硬件处理引擎结构是本领域技术人员所熟悉的，这里不再赘述。进行非均匀性校正的硬件处理引擎(即上述的非均匀性校正处理子模块)，用于对像元采集单元接收到的数字图像信号进行非均匀性校正处理。本发明实施例中，优选的，采用经典的两点校正算法，那么实现非均匀校正需要两个步骤计算得到校正系数；按照校正系数进行校正变换处理。校正系数计算针对IRFPA的每一个像元计算出两个系数增益校正系数和偏移校正系数。计算过程中需要存储临时本底下每一个像元的响应数据，并统计出临时本底下的像元平均响应值，之后根据这个临时本底以及某个预存本底，对每一个像元进行包括乘法、减法和除法的计算，得到校正系数。其中，临时本底和预存本底存放在SDRAM中，当需要进行校正系数的计算时，调出相应的临时本底和预存本底到行缓存Cache中。校正系数计算完成后，校正系数存入FLASH接口中，形成校正系数表(CET)。校 正变换运算是指，针对每个像元进行乘法和加法运算，同时对定点乘法的动态范围和溢出问题进行处理。可见，硬件处理引擎在进行非均匀性校正的过程中，需要用到校正系数。校正系数由主控处理模块中的主控微处理器核(本应用实施例中，主控微处理器核为32-bitMCU Core)计算并提供。另外，在两点校正算法中，需要对IRFPA的温度进行调整，以提高两点校正的准确性。那么，就需要温控模块对IRFPA的温度进行调整。进行盲元处理的硬件处理引擎(即上述的盲元处理子模块)，用于对经过非均匀性校正处理的数字图像信号进行盲元检测和盲元替换处理。其目的是发现IFRPA中的坏像元并避免其对图像质量的影响。其中，盲元检测处理是通过逐像素的预存本底与临时本底计算得到的，坏点系数可以由用户设定；坏点系数的计算由内嵌的32-bit MCU Core完成，并将盲元位置表存入外部FLASH存储器。盲元替换处理采用临近像元的线性插值，新像元计算与替换操作由进行盲元处理的硬件处理引擎实时完成。进行灰度统计的硬件处理引擎(即上述的灰度统计子模块)，对像元采集子模块接收到红外数字图像信号进行灰度统计；进行灰度处理的硬件处理引擎(即上述的灰度处理子模块)，用于根据灰度统计结果，对经过盲元处理的红外图像数字信号进行灰度替换与灰度增强处理。红外图像具有一个特点，即灰度变化较小的背景往往占据80%以上的视场范围，而目标只占据很小的一部分。因此必须进行图像增强处理，提升目标信息，压缩背景信息，增强对比度，改善图像显示的视觉效果。本发明实施例中，采用基于直方图变换的图像灰度增强算法，为了提高该电路的通用性，并提高图像增强效果，本发明实施例提供三种不同的图像增强算法供选择，即直方图均衡化、平台法直方图均衡化(PE法)和自动增益调节法。三种直方图算法均设计以实时方式完成，处理流程包括直方图统计、更新灰度级计算、直方图重映射和LUT输出等。上述处理中的平台法直方图均衡化和自动增益调节法均需要阈值设定，缺省阈值由外存控制器从外部FLASH装入，在芯片工作过程中可以随时通过用户控制接口由用户进行设置，参数设置接口协议解析工作由内嵌处理器负责完成。模板滤波器(即上述的模板滤波器子模块)，用于随机干扰滤波和竖条纹滤波；本发明实施例中，模板滤波器为通用的5X5 二维空域滤波器，滤波系数可由用户任意设置。该空域滤波器可设置3X3或5X5网格大小，可以演变为快速3/5点行方向滤波器。当把直方图变换功能关闭后，5X5空域滤波器还可以作为目标相关滤波器使用，提供数字远程输出。4、视频编码器(即上述的视频编码器子模块)视频编码器，用于将硬件处理引擎处理完成的数字红外图像转换为标准VBS复合视频信号输出，可以使用75欧同轴电缆直接连接到CCIR制式的监视器上进行显示。本发明实施例中，视频编码器需要实现单一的亮度通道(Y)视频转换，视频转换DAC的亮度分辨率为10-bit。并需要通过采样技术(over-sampling)来提高输出信噪比、简化后续模拟重构滤波器的实现结构，本实施例中，优选的采用X2过采样处理，那么转换速度需要高于27MHz即2倍的MCLK (像素输出时钟)，以实现2倍过采样输出。另外，本发明实施例中，视频编码器内置参考源，并允许通过外接电阻调节DAC的峰峰值输出，调节范 围为 0. 8 2. OVpp0为满足上述要求，优选的视频编码器结构是一种数模混合电路。同时，针对红外成像设备的特殊要求，在视频编码电路中还同时增加的OSD和高精度分划线显示的硬件加速支持，允许用户定制OSD内容和分划线的形状。视频编码电路内置比特压缩功能，用于将输入视频编码电路的14-bit亮度压缩为满足DAC输入要求的10-bit数据，且该10-bit的动态范围恰好与DAC输出的White-to-Black对应，以实现真10_bit的亮度分辨率。视频编码电路的主要处理流程包括14bits像素亮度值压缩为IObits ;将数字图像按照CCIR模拟视频格式成帧，添加同步与消隐脉冲；用数字插值滤波器将每行像素点进行X 2过采样，例如640像素点插值为1280像素点；5种不同模式的测试图像生成；0SD叠加；分划线生成与叠加等；ll_bit DAC控制器等。为达到真10-bit的亮度分辨率，内置视频编码器内部采用11-bit DAC0具备OSD和高精度分划线叠加功能的视频编码器负责将处理结果转换为标准CCIR VBS模拟视频输出。应当指出的是，图I所示的“模拟复合视频输出”为功能性模块，实际上，“模拟复合视频输出”、“视频编码器”及“OSD&Reticle叠加”实现完整的视频编码功能，由视频编码电路实现。5、远程数字视频输出子模块本发明实施例中，远程数字视频输出功能用于实现红外数字图像的(远距离)输出。用户可以选择通过该接口输出如下内容直接转发从IRPFA输出端采集的14-bit裸图像数据；视频编码电路之前的14-bit图像处理结果数据；视频编码电路中数据映射变换之后的10-bit图像数据等。传统红外热像设备的远程数字视频输出一般采用RS-422/485接口，由于本发明实施例提供的红外图像处理芯片能够处理大尺寸的IRFPA，图像数据流很大，因此采用新型的LVDS接口实现远程数字图像输出。本专用处理芯片远程数字视频输出接口支持21 3的SERDES数据传输协议，使用独立的差分时钟用于发送端和接收端同步。该输出接口的21 :3SERDES模式与美国国半的Channel Link系列产品兼容，因此可以直接使用如DS90CR216A/218A进行解串行接收。6、行缓存(即上述行缓存子模块)
与高速总线连接，用于缓存图像处理过程中所需要的参数。( 二)主控处理模块图I所示的32-bit MCU Core (32_bit嵌入式处理器核)、片内总线交换结构、夕卜部存储器控制器(独立的双SDRAM控制器+FLASH控制器)和DMA控制器一起构成主控处理模块，为红外图像处理芯片的图像数据存储和数据流控制核心。其中，32-bit嵌入式处理器核的主要作用包括①用于SoC各种算法(间)的工作流程控制控制，包括计算非均匀性校正系统；保存校正系数；校正系数装入；总线开关矩阵控制等。②实现用户设置界面通过URAT 口实现不同算法选择或算法参数的设置，实现用户配置接口协议解析与处理。③为用户提供开放的算法软件执行平台，完成部分定制的实时运算。 一个32-bit的内嵌式处理器可以实现上述功能。该处理器核还配置有如下外设片内RAM(指令I Cache、数据D Cache)，片外SDRAM接口和FLASH接口 ;UART和GPIO用于用户控制接口。(三)温控模块温控模块由图I所示的温控MCU实现。该温控MCU具体可以由8051微控制器核实现，专门用于实现IRFPA的温控PI/PID算法。该温控MCU具有3个可编程GPIO用于产生串行时序，可以从与IRFPA连接的外部ADC读入数字化的IRFPA测温值，2路PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)输出用于驱动IRFPA的温度(TE)，可实现闭环温控。本发明应用实施例中，用户可以通过可编程GPIO设置期望控制温度，温控MCU按照期望控制温度对IRFPA的温度进行控制。(四)外设模块图I所示的外存控制器、DMA控制器、UART、键盘控制器、SD卡控制器及GPIO构成所述的外设模块。本发明实施例中，红外图像处理芯片外接两个SDRAM (SDRAM A和SDRAM B)。相应的，红外图像处理芯片内置两组独立的SDRAM控制器(及外存控制器)，通过DMA控制实现两组独立的SDRAM控制器对行缓存的交互访问，用于实现对片外高速SDRAM存储器的访问，而片外大容量SDRAM则用于各类中间图像数据、计算用数据表等的缓存。SDRAM控制器支持对片外标准SDRAM的读写访问，根据图像处理的实际要求实现高吞吐率数据传输操作。这里的标准SDRAM器件指Micron系列产品。在本应用实施例中，红外图像处理芯片的SDRAM控制器以对该系列产品的支持为设计标准。应当指出的是，本发明实施例提供的红外图像处理芯片也可以支持其他SDARM控制器。SDRAM接口可以无缝连接单片128Mb或256Mb的16_bit位宽SDRAM，SDRAM控制器基本设计要求包括①支持 INHIBIT/NOP/LMR、ACTIVE/READ/ffRITE/BURST TERMINATE、PRECHARGE (ALL)、AUTO REFRESH等访问命令；②支持full-page burst读写操作！③上电后根据配置寄存器完成对外部SDRAM的初始化；④定时自动刷新。SDRAM控制器在片内的接口有两种与行缓存连接的接口及DMA接口，用于片内行缓存Cache与片外SDRAM之间的数据交换。其中的DMA接口以“full-pageBurst-Terminate-Precharge ALL”为基本交易单位，即片外SDRAM与片内行缓存Cache的数据交换以“整行像素(X4)”为基本单位。牺牲一定的灵活性来达到更高的吞吐效率。
FLASH 控制器红外焦平面阵列专用图像处理芯片的FLASH接口支持16_bit NOR型FLASH，用于存储Bootloader/应用程序代码、805IMCU应用程序代码，非均匀校正系数表，盲元表，以及其它一些定制参数等。FLASH控制器的片内接口同样有两种与行缓存接口连接，以及一个DMA接口，用于将FLASH中数据以page-mode读出并写入SDRAM或片内RAM。串行控制接口通过用户控制接口，用户可以对红外焦平面阵列专用图像处理芯片的工作模式、参数进行配置。基本的工作模式如启动非均匀性系数计算等；工作参数如人工确定盲元、直方图均衡化阈值、插值算法选择等。
用户控制接口选择标准UART，数据传输协议由软件定义。物理接口形式可以采用RS-232或458，由用户选择决定。此外用户控制接口还留出GPIO管脚，支持输入触发中断，允许用户直接以按钮或开关进行基本工作模式选择、光标(分划线)定位等操作。可选的，本发明实施例提供的红外图像处理芯片还包括图I所示的时钟发生器(PLLs)，用于初始化时钟信号，并为片内各总线提供时钟信号。下一代的红外成像处理电路不仅要求性能强大，同时要求有更低的功耗。这不仅为了增加电池使用寿命，还由于红外成像系统的成像质量受各种噪声影响比较大，其中包括大电流所带来的噪声。本发明实施例提供的红外图像处理芯片能够将电路功耗控制在比较低的水平，以达到降低处理电路本身噪声对整个红外成像系统影响的目的。本发明实施例提供的红外图像处理芯片的功耗模型包括动态功耗、内部短路功耗和静态漏电功耗。通过设计工艺技术的改善，后两者能被控制到可以忽略的程度，还需要重点考虑如何降低其动态功耗。本发明实施例中，从如下几方面着手降低芯片的动态功耗首先在功能上支持外围电路的低功耗设计，例如对SDRAM的CKE信号的支持，减小整个系统的动态功耗；在芯片内部规划使用Clock Gating技术，避免长时间空闲的单元模块接入时钟；对RTL设计进行充分优化，尽可能减少门控信号动作、减少毛刺的活动和传播长度、对FSM状态译码进行优化等。本发明实施例提供的红外图像处理芯片采用单片解决方案，集成实现多项IRFPA控制与红外图像处理、显示的专用功能，而这些功能以往需要多片不同类型的集成电路完成。通过这种高水平的SoC集成，原来至少需要4片PCB构成的焦平面红外成像系统可以减少为仅需要2片PCB。系统可以在更低的功耗下得到更高的处理性能、更高的可靠性和稳定性，可以满足未来红外焦平面阵列器件快速发展的要求，快速构建重量轻、效费比高、适应性强的高性能焦平面红外成像系统。在帮助红外热像仪生产厂家提高系统处理性能和降低成本的同时，红外图像处理芯片又不影响用户定制开发实现自己Know-how的能力。由于该芯片电路以SoC架构为依托，为用户提供开放的二次开发平台，所以可以很好地解决IRFPA的定制控制和用户算法的定制设计问题，实现专业性与通用性的兼备。而这也是目前传统的红外焦平面后续处理系统很难处理好的问题。
本发明实施例提供的红外处理芯片，是针对红外焦平面阵列控制与后续的红外图像处理的专用芯片。相对于传统的FPGA、或者DSP结合FPGA实现的红外焦平面阵列处理电路，本发明实施例提供的芯片有以下几个主要优势(I)在更低的功耗下，具备更高的处理性能和更强的处理功能。(2)提供更高的可靠性和稳定性，能满足工业乃至军用的苛刻工作环境要求。(3)更低的量产成本，可以降低红外热成像设备的生产成本，扩大应用市场。(4)兼具专业性和通用性，提供开放的供用户进行二次开发的平台。而基于FPGA的实现方案都是用户自定制的产品，具备专用性但缺乏通用性和开放性。应用本发明实施例提供的红外图像处理芯片构成的红外成像系统如图3所示。其中，温控模块采用8051 MCU，对IRFPA实现闭环温控。具体的，IRFPA的温度计(Thermometer)输出IRFPA的温度，该温度经过DAC处理后通过输入输出口(l/0s)进入闭温8051MCU，闭温805IMCU根据IRFPA反馈的温度对IRFPA进行温度控制。图像处理引擎模块对IRFPA和AFE的时序进行控制。另外，光学成像系统输出的信号经过IRFPA后，由IRFPA输出并经AFE量化的14-bit红外数字图像信号进入图像处理引擎模块进行处理并输出。而外设模块通过与外部设备连接，可实现用户自定义参数。 本发明实施例还提供一种红外图像处理方法，其实现方式具体包括如下操作用于红外图像处理的系统级芯片中的图像处理引擎对IRFPA和AFE进行时序控制，接收所述AFE输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出。在对所述红外数字图像信号进行处理的过程中，所述用于红外图像处理的系统级芯片采用相互独立的两组外部存储器接口，通过总线开关矩阵对所述图像处理引擎的数据流和芯片中的主控微处理器核对数据流进行分离、交换处理。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种红外图像处理芯片，其特征在于，所述红外图像处理芯片为系统级芯片，包括 图像处理引擎模块，用于对红外焦平面阵列和主动前端进行时序控制，接收所述主动前端输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出； 主控处理模块，用于提供所述图像处理引擎模块需要的参数； 温控模块，用于对所述红外焦平面阵列进行温度控制； 外设接口模块，用于提供与外部设备的接口。
2.根据权利要求I所述的红外图像处理芯片，其特征在于，所述图像处理引擎模块进一步包括 可编程时序控制器子模块，用于对红外焦平面阵列和主动前端进行时序控制； 像元采集子模块，接收所述主动前端输出的红外数字图像信号； 非均匀性校正处理子模块，用于对所述红外数字图像信号进行非均匀性校正； 盲元处理子模块，用于对经过非均匀性校正的红外数字图像信号进行盲元检测和盲元替换处理； 灰度统计子模块，用于对像元采集子模块接收到红外数字图像信号进行灰度统计； 灰度处理子模块，用于根据灰度统计子模块的统计结果，对经过盲元处理的红外数字图像信号进行灰度替换与灰度增强处理； 模板滤波器子模块，用于对经过灰度处理的红外数字图像信号进行降低随机干扰和竖条纹干扰的处理；。
视频编码器子模块，用于将模板滤波器子模块处理后的数字图像信号转换成复合视频信号并输出； 远程数字视频输出子模块，用于将像元采集子模块接收至灰度处理子模块处理后任意处理阶段的红外数字图像信号进行远程输出； 行缓存子模块，用于缓存图像处理所需要的参数。
3.根据权利要求2所述的红外图像处理芯片，其特征在于，所述外设接口模块进一步包括 外部存储器接口子模块； 输入输出设备接口子模块。
4.根据权利要求3所述的红外图像处理芯片，其特征在于，所述外部存储器接口子模块包括外存控制器、直接内存存取控制器；所述输入输出设备接口子模块包括通用异步接收/发送装置、键盘控制器、安全数码卡控制器、总线扩展器。
5.根据权利要求4所述的红外图像处理芯片，其特征在于，所述主控处理模块进一步包括 主控微处理器核，用于为所述图像处理引擎模块提供所需的参数； 总线开关矩阵，用于将所述主控微处理器核和所述图像处理引擎的各个模块连接到所述红外图像处理芯片的高速总线上； 总线桥，用于将所述红外图像处理芯片的低速总线连接到所述高速总线上，所述低速总线上连接有所述输入输出设备接口子模块； 所述高速总线上还连接所述行缓存子模块和所述外部存储器接口子模块。
6.一种红外图像处理方法，其特征在于，包括 用于红外图像处理的系统级芯片中的图像处理引擎对红外焦平面阵列和主动前端进行时序控制，接收所述主动前端输出的红外数字图像信号，对所述红外数字图像信号进行处理，并将经过处理的红外数字图像信号转换为标准模拟信号输出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在对所述红外数字图像信号进行处理的过程中，所述用于红外图像处理的系统级芯片采用相互独立的两组外部存储器接口，通过总线开关矩阵对所述图像处理引擎的数据流和芯片中的主控微处理器核对数据流进行分离、交换处理。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种红外图像处理芯片，所述红外图像处理芯片为系统级芯片，包括图像处理引擎模块；主控处理模块；温控模块；外设接口模块。本发明实施例提供的红外图像处理芯片，基于SoC架构，以单芯片的形式实现红外图像处理电路，具备对大尺寸红外图像进行高速处理的能力，提高了红外图像处理性能，且实现了红外图像处理电路的小型化，进而提高了红外成像系统整体的实时性、可靠性。
文档编号H04N5/33GK102801912SQ201210245600
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月17日 优先权日2012年7月17日
发明者李建伟, 王毅, 孔庆凯, 赵显西 申请人:北京伽略电子系统技术有限公司