小型化高温工作多接口制冷型红外成像器的制作方法

本发明属于红外成像器数字图像采集技术领域，具体涉及一种小型化高温工作多接口制冷型红外成像器。

背景技术：

红外成像技术由上世纪二战后兴起，在国防军事，工农业生产和商业民用领域发展迅速并取得广泛应用。随着技术的发展，红外成像技术在各个领域的应用越来越受到人们的重视，发挥着举足轻重的作用。可以说红外成像技术的发展水平是衡量一个国家国防能力和工业化信息化水平的重要指标之一。

红外成像的基本原理是通过镜头聚焦，红外探测器将目标物体的热量信息转换成电信号，机芯组件将此电信号转换、处理为图像信息并输出到显示终端。随着技术的发展上述的基本成像功能已经不能满足日新月异的应用需求，红外成像器机芯组件也随之不断改进与升级，在网络传输，图像处理，视频压缩，存储，交互控制等高新复杂的技术领域进行了广泛的拓展。

红外探测器可以分为非制冷型探测器和制冷型探测器两大类。非制冷焦平面探测器具有无需制冷，成本低、重量轻、小型化的优点。然而，由于非制冷探测器没有制冷机，焦平面的温度较高，所成红外图像的非均匀性较差，且图像退化严重。制冷型探测器焦平面温度低，得到的红外图像稳定，校正后的图像非均匀性好。其缺点是由于制冷机的存在，制冷型探测器整体的体积庞大。

传统制冷型探测器的焦平面一般需要工作在80k～90k，制冷机为了能够更好的给探测器降温，制冷机一般通过冷指直接与探测器相连。这种结构能够减少能量从制冷机到探测器传输过程中的损失，但整体尺寸较大，例如常用的mars或scorp探测器，其尺寸在130×58×71mm(l×w×h)左右。目前有一款小型化高温工作制冷型探测器firefly机芯，其焦平面能够工作在150k，制冷机的体积很小，制冷机与探测器采用紧凑的分体式结构，通过优化冷指与探测器的连接方式使得机芯整体尺寸仅为63×45×67.5mm(l×w×h)。这种分体式结构的优点是，探测器与制冷机结构紧凑，尺寸较小；缺点是能量从制冷机到探测器的传输过程中的损失比传统式的结构大。传统探测器如果做成分体式结构，对制冷机的性能要求会更高，导致整体的成本加大。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何满足目前技术对电路板的小型化设计需求和dsi高清图像解码的需求。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种小型化高温工作多接口制冷型红外成像器，所述成像器采用firefly机芯、图像预处理电路板；

firefly机芯对外设置有两个接口：图像接口和控制接口；

所述图像接口用于传输dsi格式图像，由4路数据通道和一路时钟通道组成；

所述控制接口由图像预处理电路板向firefly机芯传递控制信号，控制firefly机芯的图像校正方式、图像模式信息。

其中，所述图像接口的5路通道中，每个通道速率最高达1gbps。

其中，所述图像接口连接到dsi桥接芯片上，将高速红外图像经过桥接芯片转换为fpga处理器兼容的物理层，实现dsi到rgb图像格式转换，输出rgb图像数据和行、场有效信号hs、vs给fpga进行处理并进行图像转换。

其中，在图像预处理电路板上，控制接口直接连接到fpga上，由用户根据需求向firefly机芯发送控制信号。

其中，图像预处理电路板通过外部接口与用户的后端系统相连，方便用户二次开发。

其中，图像预处理电路板可以根据用户的要求自定义lvds图像接口协议编码，将图像输出给后端系统，并可以输出标准制式模拟视频。

其中，所述外部接口包括rs422接口和网络接口。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明提供的小型化高温工作多接口制冷型红外成像器，成像器整体尺寸63×55×67.5mm(l×w×h)。工作温度150k，具有rs422串口、以太网口、标准模拟视频接口、可定制lvds数字视频接口等。能实现红外成像，非均匀校正，数字图像传输，模拟视频显示等多种功能，具有镜头转接接口可以方便的搭配标准光学镜头。系统结构紧凑使用简便且具有实用性。其中，firefly机芯能够直接输出校正后的高清图像，图像预处理电路板上负责将高速的dsi高速红外图像进行接收、解码和图像转换，并对机芯进行控制

附图说明

图1为本发明的机芯系统总体框架图。

图2为本发明dsi桥接芯片的工作原理框架图。

图3为本发明lvds数字视频接口的原理图。

图4为本发明pal制式的模拟视频原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种小型化高温工作多接口制冷型红外成像器，所述成像器采用firefly机芯、图像预处理电路板；

firefly机芯对外设置有两个接口：图像接口和控制接口；

所述图像接口用于传输dsi格式图像，由4路数据通道和一路时钟通道组成；

所述控制接口由图像预处理电路板向firefly机芯传递控制信号，控制firefly机芯的图像校正方式、图像模式信息。

其中，所述图像接口的5路通道中，每个通道速率最高可达1gbps。

其中，所述图像接口连接到dsi桥接芯片上，将高速红外图像经过桥接芯片转换为fpga处理器兼容的物理层，实现dsi到rgb图像格式转换，输出rgb图像数据和行、场有效信号hs、vs给fpga进行处理并进行图像转换。

其中，在图像预处理电路板上，控制接口直接连接到fpga上，由用户根据需求向firefly机芯发送控制信号。

其中，图像预处理电路板通过外部接口与用户的后端系统相连，方便用户二次开发。

其中，图像预处理电路板可以根据用户的要求自定义lvds图像接口协议编码，将图像输出给后端系统，并可以输出标准制式模拟视频。

其中，所述外部接口包括rs422接口和网络接口。

实施例1

本实施例所采用的firefly机芯是一款高集成度的红外机芯，能够直接输出校正后的红外图像。firefly机芯结构紧凑，制冷机采用分体方式，机芯整体尺寸63×45×67.5mm(l×w×h)。在体积尺寸上相比较传统的rm3和k508等制冷机有明显的优势。同时工作温度为150k相比较其他传统制冷机90k的工作温度有明显的高温工作优势。同时由于制冷机工作温度高，在一定程度上弥补了分体式制冷机工作效率低的劣势。

机芯内部电路设计中采用了刚柔结合电路板的设计方式，电路板之间的连接器被柔性电路板代替，电路板面积可以减少15％。同时采用刚柔结合电路板的布局方式使得整个机芯组件电路可以平铺成一块电路板。改进了传统刚性电路板堆叠的安装结构，在高度尺寸上极大地节约了布局空间，整个结构紧凑集成度高。

图像预处理电路设计选型中采用了赛灵思的单核fpga架构，大多数的功能实现都通过fpga的代码完成。采用硬件软化的思想，减少了大量的硬件外围设计，极大的减少了电路板面积。

于此同时，传统探测器输出的是4路ad原始数据，图像在使用之前需要经过ad采集和非均匀校正等过程。在传统图像预处理电路板上，一般由fpga和dsp配合完成原始图像的非均匀校正和坏元替代等过程。本发明采用的firefly机芯，集成度高，能够直接输出高清(1280p)的dsi接口红外图像。图像预处理电路板只需将视频协议解析，帧频变换等操作后，即可输出lvds数字接口图像和pal制式的模拟视频图像。图像预处理电路板可以减少4路ad和一块dsp，减小预处理电路板的尺寸。

机芯对外有两个接口：图像接口和控制接口。图像接口传输dsi格式图像，由4路数据通道和一路时钟通道组成，每个通道速率最高可达1gbps。控制接口由图像预处理电路板向firefly机芯传递控制信号，控制firefly机芯的图像校正方式、图像模式等信息。

在图像预处理电路板上，控制接口直接连接到fpga上，由用户根据需求向firefly机芯发送控制信号。图像接口连接到dsi桥接芯片上，将高速红外图像经过桥接芯片转换为fpga处理器兼容的物理层，实现dsi到rgb图像格式转换，输出rgb图像数据和行、场有效信号hs、vs给fpga进行处理并进行图像转换。

图像预处理电路板通过rs422接口和网络等外部接口与用户的后端系统相连，方便用户二次开发。同时可以根据用户的要求自定义lvds图像接口协议编码，将图像输出给后端系统，并可以输出标准制式模拟视频。

实施例2

为解决现有技术的问题，本实施例提供一种小型化高温工作多接口制冷型红外成像器，整体框架如图1所示。描述了机芯组件硬件整体结构和相应的对外接口。firefly机芯在图像转接电路的控制下，输出dsi接口的红外图像，转接电路经过物理层、协议层、应用层，解析成rgb的数字图像，与同步型号共同输出给fpga。fpga将收到的图像经过帧频变换、滤波、缩放的操作后，使用lvds输出给后端系统，同时输出pal制式模拟视频进行监视。整个程序相关代码存储在flash中，与用户的交互式控制由串口完成。

所述dsi桥接模块如图2所示。桥接芯片选用meticon公司的icn6211(尺寸6mm×6mm)。该芯片体积小集成度高，外围电路简单，其将红外探测器机芯输出的4路高速串行数据和1路时钟，转换成rgb信号和对应的帧同步、行同步信号输入到fpga进行图像预处理。

所述lvds数字视频模块如图3所示。lvds接口转换器选用maxim公司的max9247ecm+可对18位视频数据和9位控制信号进行并串转换。输出信号可以仅通过一对差分信号实现，集成度高、连接方便。设计中在输出端进行了电容隔离。图像数据、行同步、数据有效，积分时间作为并行数据输入，在rgb通道中传输，用帧同步信号作为de_in，数据同步时钟作为lvds时钟。由于max9247的de_in信号必须不断切换，设计中将帧信号作为de_in信号。行同步、积分时间、数据有效信号出现在帧的有效期内，考虑到连续传输的问题，将该信号放在rgb信号中传输。max9247并行数据时钟范围2.5mhz～42mhz，输出图像像素时钟为30mhz。

所述模拟视频模块如图4所示。为实现pal制式的模拟视频输出，采用专用视频dac芯片adv7123实现。adv7123是一款高性能的10bit视频dac，可以通过fpga编码实现多种标准制式的模拟视频输出。clock时钟最大为50mhz，pal制模拟视频输出的点时钟频率为14.75mhz，满足使用要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。