一种基于高性能fpga+ddr3的高集成化红外成像系统的制作方法
【专利摘要】一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，包括红外探测器1，红外预处理电路2、FPGA芯片3、DDR3芯片4、模拟/数字视频编码电路5，其中红外探测器1用于目标场景的红外信号采集，其由FPGA芯片3提供驱动时序，并将输出信号送入红外预处理电路2，红外预处理电路2用于红外探测器1输出信号的调理与采样，并将数据传递给FPGA芯片3，FPGA芯片3与DDR3芯片4将处理后的红外图像数据传递到模拟/数字视频编码电路5进行输出。
【专利说明】
一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统
技术领域
[0001 ]该技术属于红外成像领域，具体涉及一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统。
【背景技术】
[0002]自然界物体由于内在分子、原子的热运动，都会发射红外线，即产生热辐射。物体的热辐射和物体表面状态和温度有关，因此物体的红外热辐射图像可以将物体在可见光情况下的细节复现。
[0003]红外热像仪是一种以红外焦平面阵列为核心，可探测目标的红外辐射，通过光电转换、信号处理等手段，将目标物体的红外辐射特性转换成人眼可见的灰度视频图像的设备。红外热成像技术广泛应用于气象观察、资源探查和环境监测、精确的空间摄影测量、空间侦察与预警和空间目标搜索等领域，具有穿透烟雾能力强、不受气候条件影响、作用距离远、识别能力强等优点，是集光、机、电等尖端技术于一体的尚新技术广品。
[0004]受限于红外器件的发展水平，红外热像仪的成像效果还不够理想，主要表现为红外图像噪声较大、对比度低、空间分辨率较差、目标信号微弱、边缘模糊、视觉效果不好等缺点，影响了红外热像仪在实际应用中的效果。因此高效的红外成像处理技术已成为红外热像仪中的关键技术。同时随着红外热像仪在各个行业的广泛应用，对系统的小型化、集成化也提出了更多的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于:为了消除红外图像的对比度低、空间分辨率差、目标信号微弱、噪声偏大等固有特性，提高图像质量，改善图像视觉效果，方便后续的目标跟踪、模式识别等处理的同时，大幅降低红外成像系统的尺寸，达到小型化、集成化、通用化的目标，设计了一种基于单片高性能FPGA和单片高速DDR3的高集成化红外成像技术。
[0006]本发明的技术方案如下:一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，包括红外探测器，红外预处理电路、FPGA芯片、DDR3芯片、模拟/数字视频编码电路，其中红外探测器用于目标场景的红外信号采集，并将输出信号送入红外预处理电路，红外预处理电路用于红外探测器输出信号的调理与采样，并将数据传递给FPGA芯片，FPGA芯片与DDR3芯片将处理后的红外图像数据传递到模拟/数字视频编码电路进行输出。
[0007]FPGA芯片包括算法模块、CACHE缓存、DMA控制器、DDR3控制器，其中算法模块包括非均匀性校正模块、盲元检测与替换模块、自适应直方图均衡模块、图像缩放与翻转模块，且每个算法模块都有CACHE缓存中的一个相应的bank与之对应，各个bank可对相应的算法模块的读写数据进行缓冲，CACHE缓存中的全部Bank均接入DMA控制器，并通过DMA控制器中的指令队列模块对各个bank传递的命令按预设的优先级进行排序，再按照排序后的顺序做出处理;DMA控制器8通过DDR3控制器接入DDR3芯片中，DDR3芯片可作为FPGA芯片中各个算法模块的共用外部存储器。
[0008]红外探测器用于目标场景的红外信号采集，由FPGA芯片提供驱动时序。
[0009]CACHE缓存中的全部Bank自动完成CACHE—致性维护和CACHE命中缺失时的自动数据加载。
[0010]本发明的显著效果在于:降低了系统尺寸，同时有效提高了数据吞吐率和系统带宽。经过分析论证和实验，表明该方法稳定可靠，而且大大提升了硬件利用率。另外，对于在不同应用场合或由不同算法模块构成的红外成像系统，该方法均能确保FPGA各算法模块单元数据读写功能正常，具有良好的实用价值。
【附图说明】
[0011]图1为本发明所述的一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统示意图
[0012]图2为本发明所述的一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统FPGA示意图
[0013]图中:I红外探测器、2红外预处理电路、3FPGA芯片、4DDR3芯片、5模拟/数字视频编码电路、6算法模块、7CACHE缓存、8DMA控制器、9DDR3控制器、1非均匀性校正模块、11盲元检测与替换模块、12自适应直方图均衡模块、13图像缩放与翻转模块、14指令队列模块、
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0015]一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，包括红外探测器1，红外预处理电路2、FPGA芯片3、DDR3芯片4、模拟/数字视频编码电路5，其中红外探测器I用于目标场景的红外信号采集，其由FPGA芯片3提供驱动时序，并将输出信号送入红外预处理电路2，红外预处理电路2用于红外探测器I输出信号的调理与采样，并将数据传递给FPGA芯片3，FPGA芯片3与DDR3芯片4将处理后的红外图像数据传递到模拟/数字视频编码电路5进行输出。
[0016]FPGA芯片3包括算法模块6、CACHE缓存7、DMA控制器8、DDR3控制器9，其中算法模块6包括非均匀性校正模块10、盲元检测与替换模块11、自适应直方图均衡模块12、图像缩放与翻转模块13，且每个算法模块都有CACHE缓存7中的一个相应的bank与之对应，各个bank可对相应的算法模块的读写数据进行缓冲，CACHE缓存7中的全部Bank均接入DMA控制器8，并通过DMA控制器8中的指令队列模块14对各个bank传递的命令按预设的优先级进行排序，再按照排序后的顺序做出处理，并自动完成CACHE—致性维护和CACHE命中缺失时的自动数据加载。DMA控制器8通过DDR3控制器9接入DDR3芯片4中，DDR3芯片4可作为FPGA芯片3中各个算法模块的共用外部存储器。
【主权项】
1.一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，其特征在于:包括红外探测器(I)，红外预处理电路(2)、FPGA芯片(3)、DDR3芯片(4)、模拟/数字视频编码电路(5)，其中红外探测器(I)用于目标场景的红外信号采集，并将输出信号送入红外预处理电路(2)，红外预处理电路(2)用于红外探测器(I)输出信号的调理与采样，并将数据传递给FPGA芯片(3)，FPGA芯片(3)与DDR3芯片(4)将处理后的红外图像数据传递到模拟/数字视频编码电路(5)进行输出。2.根据权利要求所述的一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，其特征在于:FPGA芯片(3)包括算法模块(6)、CACHE缓存(7)、DMA控制器(8)、DDR3控制器(9)，其中算法模块(6)包括非均匀性校正模块(10)、盲元检测与替换模块(11)、自适应直方图均衡模块(12)、图像缩放与翻转模块(13)，且每个算法模块都有CACHE缓存(7)中的一个相应的bank与之对应，各个bank可对相应的算法模块的读写数据进行缓冲，CACHE缓存7中的全部Bank均接入DMA控制器(8)，并通过DMA控制器(8)中的指令队列模块(14)对各个bank传递的命令按预设的优先级进行排序，再按照排序后的顺序做出处理;DMA控制器(8)通过DDR3控制器(9)接入DDR3芯片(4)中，DDR3芯片(4)可作为FPGA芯片(3)中各个算法模块的共用外部存储器。3.根据权利要求所述的一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，其特征在于:红外探测器(I)用于目标场景的红外信号采集，由FPGA芯片(3)提供驱动时序。4.根据权利要求所述的一种基于高性能FPGA+DDR3的高集成化红外成像系统，其特征在于:CACHE缓存(7)中的全部Bank自动完成CACHE—致性维护和CACHE命中缺失时的自动数据加载。
【文档编号】H04N5/33GK105847711SQ201610217195
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】傅强, 刘晗, 何锁纯, 魏小林, 董婓, 周阳, 常虹, 林森
【申请人】北京航天计量测试技术研究所, 中国运载火箭技术研究院