一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统，该系统由图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块几部分组成；图像采集模块以图像采集芯片作为红外图像传感器，进行实时红外图像采集；图像处理模块通过TMS320DM642 DSP芯片上提供的视频口对采集到的图像信号进行处理，图像网络传输模块利用TMS320DM642 DSP芯片上集成的EMAC控制器和PHY芯片LXT971A完成图像的实时网络传输；该系统可以完成图像采集、处理与网络初始化利用任务，同时该系统具有高灵敏度、处理速度快、高可靠性、体积小、低成本等特点。
【专利说明】
一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统
技术领域
[0001]本发明属于红外成像技术的具体应用，尤其涉及一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统。
【背景技术】
[0002]红外成像仪最早是为了军事目的而研发的，经过这么多年发展，红外热像仪已经被广泛的应用于民用市场。在军用领域，红外热像仪被广泛的应用于海、路、空三军，例如目标识别、精确制导、夜间侦察监视等等。在民用领域，随着红外热像仪的生产成本的降低，在医疗、电力、工业、消防等方面都发挥着重要作用，例如电路板故障检测、电路故障排查等，它能找到一些用常规方法无法找到的缺陷与错误，因而能够降低成本，增加产品的合格率，对人们的日常生产生活起到很大的推动作用。
[0003]红外热像仪的发展前景非常广阔，应用非常广泛，但国内市场一直被西方外国公司所垄断，仅向中国提供中低端产品，高端产品属于禁运，而且价格昂贵。随着MEMS技术的发展，一种基于光力学效应的非制冷红外成像技术在中国诞生，与传统的制冷型红外成像技术相比，它具有低功耗、小型化、高分辨率、低成本和非制冷的优势。在我国基于MEMS的光读出非制冷红外成像技术起步相对较晚，但国家投入了大量人力物力，并且取得了一定的进展。1995年，中国科学院长春光学精密机械研究所利用微机械加工技术研制成功了线列32元、128元硅微测热辐射计阵列，NETD为300Mk，存储时间为1ms。2003年，中国科技大学与中科院微电子所合作，利用刀口滤波的方法得到了 200°C物体的红外热像，其温度分辨率为7K。2006年，它们已经能够得到室温下物体的红外热像。并与2007年得到60m人体的运动图像。基于上述背景，该发明提供了一种具有高灵敏度、处理速度快、高可靠性、体积小、低成本等特点的用于非制冷红外成像的图像采集处理模块，对于国产红外热像仪核心芯片最终成为产品走向市场，有相当明显的推进作用。
【发明内容】
[0004]针对国内红外热像仪图像采集与处理系统灵敏度较低处理速度较慢的实际情况，本发明的目的在于，提供一种用于非制冷红外成像的具有高灵敏度、处理速度快、高可靠性、体积小、低成本等特点的图像采集处理系统。
[0005]为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案:
一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统，其特征在于:包括图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块；所述的图像采集模块以图像采集芯片作为红外图像传感器，进行实时红外图像采集；所述的图像处理模块通过TMS320DM642DSP芯片上提供的视频口对采集到的图像信号进行处理，所述的图像网络传输模块利用TMS320DM642芯片上集成的EMAC控制器和Inter公司的PHY芯片LXT971A完成图像的实时网络传输；所述的软件驱动模块基于TI的DSP/B10S实时多任务操作系统，完成图像采集、图像处理和网络初始化任务，同时在网络初始化任务中又动态建立了网络发送任务，用以发送视频数据，完成上位机的接收。
[0006]具体的，当成像物体的红外图像照射在图像采集模块的CMOS上时，CMOS将采集到的红外图像数据传输到图像处理模块，经过TMS320DM642 DSP芯片的VP 口 FIFO，由EDMA存储在SDRAM芯片中，然后TMS320DM642 DSP芯片对存储在SDRAM芯片中的图像进行处理，处理完成后经过EMAC接口，利用图像网络传输模块发送给上位机，然后上位机完成图像的显示与存储，同时视频采集模块再采集新的视频帧，进行下一轮的处理，与此同时，上述过程都在软件驱动模块的控制之下完成。
[0007]在该图像采集处理系统中，所述的图像采集模块以Micron公司的MT9P031 CMOS图像采集芯片作为红外图像传感器；所述的图像采集芯片自带ADC，输出为12位RAW视频模式，在RAW模式下，MT9P031通过内部寄存器提供同步的设置LINE_VALID信号和TMS320DM642的VPxCTLO相连，给TMS320DM642提供行同步信号，控制其工作方式。
[0008]在该图像采集处理系统中，所述的图像处理模块包括电源部分、复位电路、TMS320DM642 DSP芯片、SDRAM芯片、FLASH存储器，所述的电源部分选择两块开关电源MAX1951和一块线性电源LT1963A，用开关电源产生3.3V和1.4V(DM642内核)电压，用LT1963A产生1.8V电压，给MT9P031 CMOS图像采集板供电，为整个系统提供源源不断的功率消耗，保证集成电路上各个IC可以正确可靠的工作；所述的复位电路接入TMS320DM642DSP芯片，复位阈值为3.08V，即当VCC的电压小于3.08V时，就会在复位管脚输出低电平，当VCC电压大于3.08V时，继续保持低电平200ms ;所述的TMS320DM642 DSP芯片集成了 3个专门用作视频图像采集的VP 口，每个VP 口最大支持20位的视频采集，且每个VP 口分为A、B两个通道，这两个通道可独立使用，被配置为视频采集口或视频输出口，每个视频口又有5120KB的FIF0，以便视频数据的缓存使用；同时，所述的TMS320DM642 DSP芯片集成有以太网外部媒体访问控制器(EMAC)符合IEEE 802.3规范，支持10Mbps / 10Mbps的半双工或全双工模式，具有独立媒体接口(MII)，可直接与PHY器件连接，实现图像数据的而网络传输；进一步的，所述的TMS320DM642 DSP芯片集成有外部存储器接口(EMIFA)，EMIFA接口为64位宽，可以扩展IG的存储空间，可以实现与绝大多数同步或异步存储器的无缝连接；进一步的，所述的TMS320DM642 DSP芯片还集成有多通道音频串行接口(McASP)、多通道缓存串口(McBSP)、I2C总线模块、通用GP1接口，以及HP1、PCI接口，为进一步开发基于网络传输的图像处理设备提供方便；所述的SDRAM芯片选择Micron公司的MT48LC4M32B2，工作电压3.3V，通过EMIFA接口与TMS320DM642 DSP芯片直接相连，系统使用两片MT48LC4M32B2扩展成为4Mx64b，工作频率133MHz，以满足系统对存储空间和速度的需求；所述的FLASH存储器选择AMD公司生产的4Mx8bit的FLASH存储器，在使用时将DSP的U23和V24管脚上拉，即设置为EMIF启动，这样在每一次上电时，程序就从FLASH存储器中加载到DSP中运行。
[0009]在该图像采集处理系统中，所述的图像网络传输模块包括EMAC控制模块、EMAC接口模块和MD1模块，所述的EMAC控制模块负责EMAC模块和MD1模块的管理，是TMS320DM642 DSP芯片内核与EMAC模块、MD1模块之间的接口，同时，所述的EMAC控制模块包含能有效使用DSP存储器所必需的组件，管理网络功能的复位、中断等，并且控制存储器的优先权，以便用来平衡EMAC设备和TMS320DM642 DSP芯片外围设备对存储器的操作，进一步的，所述的EMAC控制模块的外围总线接口，允许EMAC模块通过TMS320DM642 DSP芯片的存储控制器来读、写内部和外部存储器；所述的EMAC接口模块符合IEEE802.3协议，支持MII接口，具有8个独立的发送与接收通道，支持10Mb/100Mb的单双工和全双工数据传输，用于和网络器件连接，利用外扩物理层芯片(PHY)，以实现和TMS320DM642的数据包的交换；所述的MD1模块采用802.3规范，利用双总线，对PHY(物理层芯片)进行监视和控制，主机软件通过MD1接口配置物理层参数，对其工作方式进行监视和设置。
[0010]在该图像采集处理系统中，所述的软件驱动模块基于TI的DSP/B10S实时多任务操作系统来搭建，分别完成图像采集、图像处理和网络初始化任务，同时在网络初始化任务中又建立动态的网络发送任务，用以发送视频数据，完成上位机的接收；具体的，当DSP上电后，开始进行上电复位，运行C_init00函数，当复位完成后，系统达到稳定工作状态，B1S初始化完成后，程序进入main函数，在main函数中，完成CSL初始化，L2 cache设置等。当main函数执行完成后，程序进入B1S的任务调度线程，由B1S按照任务的优先级开始执行任务，直到系统关闭，它们之间通过SCOM消息进行通信。
[0011]本发明的有益效果是:
本发明由图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块几部分组成；所述的图像采集模块以图像采集芯片作为红外图像传感器，进行实时红外图像采集；所述的图像处理模块通过TMS320DM642 DSP芯片上提供的视频口对采集到的图像信号进行处理，所述的图像网络传输模块利用TMS320DM642芯片上集成的EMAC控制器和Inter公司的PHY芯片LXT971A完成图像的实时网络传输；所述的软件驱动模块基于TI的DSP/B10S实时多任务操作系统，完成图像采集、图像处理和网络初始化任务，同时在网络初始化任务中又动态建立了网络发送任务，用以发送视频数据，完成上位机的接收。通过模块化设计，分别对系统中的图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块进行逐一的实现，实现了各模块在系统中的特定功能。
[0012]该系统基于DSP平台，能得到目标物体的红外图像，CMOS芯片AD转换精度为12位，能够提高图像的对比度，基于TI提供的NDK包，实现了图像的网络传输，传输速度达到I OOMbp s，采用TI提供的DSP/BI OS简易操作系统，分别完成图像采集、处理与网络初始化利用任务，有利于程序的模块化，提高了编程效率。同时该系统具有高灵敏度、处理速度快、高可靠性、体积小、低成本等特点。
【附图说明】
[0013]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的解释说明。
[0014]图1是红外成像图像采集处理系统框图；
图2是硬件系统框图；
图3是图像采集模块电路连接框图；
图4是复位电路图；
图5是SDRAM芯片和TMS320DM642的EMIF接口连接图；
图6是FLASH芯片和TMS320DM642芯片的EMIF 口连接图；
图7是图像网络传输模块结构框图；
图8是图像网络传输模块的连接示意图；
图9是软件系统流程框图。
【具体实施方式】
[0015]本发明的具体实施过程为:当成像物体的红外图像照射在图像采集模块的CMOS上时，CMOS将采集到的红外图像数据传输到图像处理模块，经过TMS320DM642 DSP芯片的VP 口 FIFO，由EDMA存储在SDRAM芯片中，然后TMS320DM642 DSP芯片对存储在SDRAM芯片中的图像进行处理，处理完成后经过EMAC接口，利用图像网络传输模块发送给上位机，然后上位机完成图像的显示与存储，同时视频采集模块再采集新的视频帧，进行下一轮的处理，与此同时，上述过程都在软件驱动模块的控制之下完成。
[0016]图1是红外成像图像采集处理系统框图，图2是硬件系统框图，结合图1与图2所述一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统分为图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块几部分；图像采集模块的输出端通过视频接口连接到图像处理模块的输入端口，图像处理模块的输出端与图像网络传输模块的输入端连接，图像网络传输模块利用EMAC接口同上位机进行连接，软件驱动模块则通过网络接口与图像采集模块、图像处理模块以及图像网络传输模块之间进行连接。
[0017]图3是图像采集模块电路连接框图，所述的CMOS芯片的设置通过I2C总线来进行，其里面含有寄存器，通过I2C总线来设置，这些设置包括分辨率、输出时钟速度、颜色增益等，I2C总线的最高工作频率为400Kbps，在使用中将TMS320DM642作为主设备，MT9P031作为从设备，由TMS320DM642完成对MT9P031的设置。
[0018]图4是复位电路图，所述的复位电路选择MAX706T看门狗芯片来产生复位脉冲，MAX706T的监视电压为3.08V，当开始供电时，MAX1951的输出电压低于3.08V时，MAX706T的复位管脚一直输出低电平，产生复位；当MAX1951的输出电压高于3.08V时，MAX706T还要继续维持200ms的复位电平，之后MAX706T将复位管脚输出拉为高电平。
[0019]图5是SDRAM芯片和TMS320DM642芯片的EMIF接口连接图，图6是FLASH芯片和TMS320DM642芯片的EMIF 口连接图，结合图5和图6，所述的SDRAM芯片选择Micron公司的MT48LC4M32B2，工作电压3.3V，且可以和DM642直接相连，系统使用两片MT48LC4M32B2，扩展成为4Mx64b，工作频率133MHz，以满足系统对存储空间和速度的需求；所述的FLASH存储器选择AMD公司生产的4Mx8bit的FLASH存储器，在使用时将DSP的U23和V24管脚上拉，即设置为EMIF启动，这样在每一次上电时，程序就从FLASH中加载到DSP中运行。
[0020]图7是图像网络传输模块结构框图，所述的图像网络传输模块包括EMAC控制模块、EMAC接口模块和MD1模块，所述的EMAC控制模块是TMS320DM642 DSP芯片内核与EMAC模块、MD1模块之间的接口，所述的EMAC接口模块符合IEEE802.3协议，支持MII接口，具有8个独立的发送与接收通道，支持10Mb/100Mb的单双工和全双工数据传输，主要用于和网络器件连接，利用外扩物理层芯片(PHY)，以实现和TMS320DM642的数据包的交换；所述的MD1模块采用802.3规范，利用双总线，对PHY(物理层芯片)进行监视和控制，主机软件通过MD1接口配置物理层参数，对其工作方式进行监视和设置。
[0021]图8是图像网络传输模块的连接示意图，系统PHY(物理层)芯片选择Inter公司的LXT971A，作为以太网收发器，LXT971A的MII接口直接和DM642的MII接口直接相连，DM642的MII接口不支持TXER，因此LXT971A的TXER管脚通过下拉电阻直接和地相连，LXT971A的MII接口 TD+、TD_、RD+和RD-信号经过网络隔离变压器变换成TX+、TX-、RX+、RX-信号，再接到RJ45连接器上，网络隔离变压器主要用于消除外部网线上的杂波干扰，以及进行电平转换，保证数据传输的准确和可靠。此网络的传输速度为100Mbps。
[0022]图9是软件系统流程框图，具体的，当DSP上电后，开始进行上电复位，运行C_initOO函数，当复位完成后，系统达到稳定工作状态，B1S初始化完成后，程序进入main函数，在main函数中，完成CSL初始化，L2 cache设置等。当main函数执行完成后，程序进AB1S的任务调度线程，由B1S按照任务的优先级开始执行任务，直到系统关闭，它们之间通过SCOM消息进行通信。
[0023]除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。
【主权项】
1.一种用于非制冷红外成像的图像采集处理系统，其特征在于包括:图像采集模块、图像处理模块、图像网络传输模块、软件驱动模块几部分；图像采集模块的输出端通过视频接口连接到图像处理模块的输入端口，图像处理模块的输出端与图像网络传输模块的输入端连接，图像网络传输模块利用EMAC接口同上位机进行连接，软件驱动模块则通过网络接口与图像采集模块、图像处理模块以及图像网络传输模块之间进行连接。2.如权利要求1所述的图像采集处理系统，其特征在于，所述的图像采集模块以Micron公司的MT9P031 CMOS图像采集芯片作为红外图像传感器，用于实时红外图像采集；所述的图像采集芯片自带ADC，输出为12位RAW视频模式，在RAW模式下，MT9P031通过内部寄存器提供同步的设置LINE_VALID信号和TMS320DM642DSP芯片的VPxCTLO相连，给TMS320DM642DSP芯片提供行同步信号，控制其工作方式。3.如权利要求1所述的图像采集处理系统，其特征在于，所述的图像处理模块用于对采集到的图像信号进行处理，包括电源部分、复位电路、TMS320DM642 DSP芯片、SDRAM芯片、FLASH存储器几部分； 所述的电源部分与TMS320DM642 DSP芯片的电源接口连接，为整个系统提供源源不断的功率消耗，确保集成电路上各个IC正确可靠的工作； 所述的复位电路接入TMS320DM642 DSP芯片，复位阈值为3.08V ； 所述的TMS320DM642 DSP芯片集成有以太网外部媒体访问控制器(EMAC)并具有独立媒体接口(MII)，直接与PHY器件连接，实现图像数据的网络传输； 所述的TMS320DM642 DSP芯片还集成有外部存储器接口(EMIFA)，可以与同步或异步存储器实现无缝连接； 所述的TMS320DM642 DSP芯片还集成有多通道音频串行接口(McASP)、多通道缓存串口(McBSP)、I2C总线模块、通用GP1接口以及HP1、PCI接口，为进一步开发基于网络传输的图像处理设备提供方便； 所述的SDRAM芯片通过EMIFA接口连接到TMS320DM642 DSP芯片上，用于满足系统对存储空间和速度的需求； 所述的FLASH存储器通过EMIFA接口连接到TMS320DM642 DSP芯片上，使用时将DSP的U23和V24管脚上拉，程序便从FLASH中加载到DSP中运行。4.如权利要求1所述的图像采集处理系统，其特征在于，所述的图像网络传输模块用于实现图像的实时网络传输，包括EMAC控制模块、EMAC接口模块和MD1模块； 所述的EMAC控制模块负责EMAC模块和MD1模块的管理，是TMS320DM642 DSP芯片内核与EMAC模块、MD1模块之间的接口 ； 同时，所述的EMAC控制模块还用来平衡EMAC设备和TMS320DM642 DSP芯片外围设备对存储器的操作； 进一步的，所述的EMAC控制模块，其外围总线接口允许EMAC模块通过TMS320DM642DSP芯片的存储控制器来读、写内部和外部存储器； 所述的EMAC接口模块和网络器件连接，利用外扩物理层芯片(PHY)实现和TMS320DM642的数据包的交换； 所述的MD1模块采用802.3规范利用双总线，对物理层芯片进行监视和控制，主机软件通过MD1接口配置物理层参数，对其工作方式进行监视和设置。5.如权利要求1所述的图像采集处理系统，其特征在于，所述的软件驱动模块基于TI的DSP/B1S实时多任务操作系统来搭建，通过网络接口与图像采集模块、图像处理模块以及图像网络传输模块之间进行连接；分别完成图像采集、图像处理和网络初始化任务，同时在网络初始化任务中又建立动态的网络发送任务，用以发送视频数据，完成上位机的接收。
【文档编号】H04N5/33GK105991905SQ201510094160
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月3日
【发明人】雷刚
【申请人】雷刚