红外热成像数据分析及信号模拟系统的制作方法

本发明涉及红外热成像组件和红外成像系统研究领域，特别是涉及一种红外热成像数据分析及信号模拟系统。

背景技术：

红外热像仪能够进行非接触式的、高分辨率的温度成像，且图像质量高，可提供测量目标的众多信息，弥补了人类肉眼的不足，因此已经在军事、电力系统、土木工程、汽车、冶金、石化、医疗等诸多行业得到广泛应用。但是，目前尚无专门的红外热成像组件调试系统，而只能依赖于红外热像仪的整机测试。

请参阅图1所示，第三代便携式红外热像仪，是采用非制冷凝视焦平面探测器，由红外望远镜、探测器、红外热成像组件、光机电安装平台和显示器等部分组成，其中红外探测器是关键器件，实现对场景辐射的响应。对该红外热像仪进行调试的传统流程为：光学系统(红外望远镜)→红外探测器→红外热成像组件→pal视频、图像采集卡(光机电安装平台、显示器等)→基于视频应用的算法研究。以该便携式红外热像仪为例来说，现有技术主要存在如下缺陷：

1、在红外热像仪的研制过程中，红外热成像组件性能测试是与整机一起完成的，不能单独进行测试；

2、红外探测器成本较高，占据红外热像仪成本的90％以上，整机测试过程中的器件损坏增加了红外热像仪整机研制的风险；

3、整机测试结果无法全面、客观地分析、评估原始红外数据，也不能客观反映红外热成像组件的硬件电路和图像处理算法的性能，还增加了测试数据的分析难度。

由此可见，如何设计一种可专门用于红外热成像组件的调试，全面、客观地分析、评估原始红外数据和图像处理算法的性能，降低红外热像仪研发风险的红外热成像数据分析及信号模拟系统，是当前本领域的一个重要研究目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种红外热成像组件信号模拟与数据分析系统，使其可专门用于红外热成像组件的调试，能够全面、客观地分析、评估原始红外数据和图像处理算法的性能，并降低红外热像仪的研发风险。

为解决上述技术问题，本发明一种红外热成像组件信号模拟与数据分析系统，由红外信号仿真模拟器和数据采集分析系统组成，其中：红外信号仿真模拟器接收并存储视频或图像文件，在红外热成像组件电路驱动下，向红外热成像组件输出模拟信号；数据采集分析系统接收并分析红外热成像组件输出的数字电平量。

作为本发明的一种改进，所述的数据采集分析系统包括：安装有数据分析软件的上位机；以及将红外热成像组件输出的数字电平量传送至上位机的数据采集卡。

所述的数据采集卡为高速pci数据采集卡。

所述的数据采集卡通过lvds数据交换接口接收红外热成像组件输出的数字电平量。

所述的红外信号仿真模拟器包括中央处理器，以及与中央处理器连接的存储器、显示器、控制面板和数据接口。

所述的数据接口包括usb接口、串口及jtag调试口。

采用这样的结构后，本发明至少具有如下优点：

1、通过模拟探测器的数据输出，有效降低了红外热成像组件在研制初期的开发周期和成本，加快了开发进度，降低了风险；

2、通过隔离红外热成像组件和探测器，能够准确、定量分析红外热成像组件的硬件电路和算法性能；

3、通过lvds数字接口和高速pci红外数据采集系统，能够无失真的获取红外探测器的原始数据，进行非均匀性校正、盲元补偿等技术研究；

4、通过上位机红外数据分析软件，可完成硬件目标程序编制前的功能仿真，加快图像信息处理算法的研究进度。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有红外热成像仪的测试流程示意图。

图2是本发明红外热成像数据分析及信号模拟系统与红外热成像组件的组合示意图。

图3是本发明红外热成像数据分析及信号模拟系统的红外信号仿真模拟器的输入输出时序示意图。

图4是本发明红外热成像数据分析及信号模拟系统的红外信号仿真模拟器工作流程示意图。

图5是本发明红外热成像数据分析及信号模拟系统的上位机红外数据分析软件功能模块组成示意图。

具体实施方式

请参阅图2所示，本发明红外热成像组件信号模拟与数据分析系统，由红外信号仿真模拟器和数据采集分析系统组成。

其中，红外信号仿真模拟器是本发明的红外数据源，能够仿真红外探测器的接口和信号输出功能。

红外信号仿真模拟器主要由中央处理器，以及与中央处理器连接的显示器、控制面板、存储器和数据接口等组成。其中，数据接口包括usb接口、串口及jtag调试口，标准图像或视频文件存储于通过usb接口连接的外部flash存储器(如u盘、sd卡等)中；中央处理器接收红外热成像组件传送的针对某种探测器类型的驱动信号，产生控制时序，并将标准图像或视频按照探测器要求的数据格式输出；显示器同步显示；控制面板实现各种功能模式控制，如验证红外热成像组件ad采集分辨能力、非均匀性校正能力、盲点剔除能力、图像增强能力等。

请配合参阅图3所示，其是以384×288非制冷焦平面器件信号模拟为例来说明红外信号仿真模拟器的输入、输出时序。红外信号仿真模拟器接收主时钟、场同步和行同步信号，并按时序输出模拟数据。

请配合参阅图4所示，本发明的红外信号仿真模拟器工作流程主要包括：系统初始化→视频或图像文件选择→发送模式选择→模拟数据输出→数据发送结束时结束模拟。此外，还可在数据发送未结束时，更改发送模式或视频图像文件。

红外信号仿真模拟器接收并存储视频或图像文件，在红外热成像组件电路驱动输入条件下，模拟器按照红外焦平面器件的信号规范，向红外热成像组件进行模拟信号输出，达到动态实时仿真探测器的目的。

借助红外信号仿真模拟器输出的标准红外图像，进行红外热成像组件研制，可以完全抛开系统研究对红外焦平面器件的依赖，降低了研究成本和风险，加快了研究进度，并能够隔离红外探测器，以及整机光机电系统对红外热成像组件性能测试的影响。此外，通过人为设定模拟视频的图像特征，可以验证红外热成像组件在非均匀性校正、盲点剔除、图像增强，以及信号滤波等方面的电路设计性能和图像处理算法性能，有利于研制出高质量的红外热成像组件和成像系统。

数据采集分析系统接收并分析红外热成像组件输出的数字电平量。

数据采集分析系统主要由lvds数据交换接口、高速pci数据采集卡以及上位机三部分组成。其中，lvds数据交换接口接收红外热成像组件输出的数字电平量，传给高速pci数据采集卡，再传送至上位机，实现基于上位机软件的实时数据采集。上位机安装有实时数据分析软件，包括时域/频域信号分析、控制命令下载，以及系统状态信息反馈等功能，能够获取包含器件非均匀性信息的原始12位数据，对红外热成像组件输出的数据进行分析，对比红外信号仿真模拟器的输入视频，达到定量分析红外热成像组件性能的目的。

请配合参阅图5所示，上位机的数据采集分析软件可采用vc6.0编程，程序由数据采集、组件控制、信息显示和算法验证四个模块组成，能够进行基于探测器原始数据的统计分析、设置红外成像组件的各种工作状态、以及目标程序的上位机验证等，并以分析结果指导成像组件的设计改进。

在系统研究、调试阶段，编制基于fpga的目标板程序会耗费大量的时间，采用数据采集卡，应用高级语言，通过编写基于上位机的图像处理算法，能够加快算法研究进度，在算法有效性得到反复验证之后，再编制目标板程序。

在电路基本功能验证成功之后，可以以真实的红外探测器代替红外信号仿真模拟器，集成光学系统，进行基于红外成像系统的联合调试，并采集原始数据，开展基于上位机软件相关算法的研究，加速硬件和算法研制进度。

利用本发明红外热成像数据分析及信号模拟系统，对红外热成像组件进行调试的流程主要为：红外信号仿真模拟器→红外成像组件→lvds数字量、高速pci数据采集卡→基于成像系统的数据分析及算法研究。本发明的应用，有利于提高红外成像组件的研究效率，提高系统成像质量，降低研制成本和风险。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。