基于FPGA的红外图像采集与处理系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统，包括红外探测器、多路A/D数据转换器、温度A/D转换器、FPGA处理器以及TEC供电电路，所述FPGA处理器包括一个编程实现的图像采集处理控制单元和一个编程实现的TEC控制单元；所述图像采集处理控制单元通过所述多路A/D数据转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC控制单元通过所述温度A/D转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC供电电路一端与所述红外探测器相连接，另一端分别与所述TEC控制单元和图像采集处理控制单元相连接。本发明专利技术通过使用多路A/D数据转换器和在采集数据的同时处理数据的方法能大大提升整个系统的数据处理效率，通过改良TEC供电电路提高图像质量和器件寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外线探测器图像数据处理
，具体涉及一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统。
技术介绍
红外成像技术能将一些肉眼不可见的红外光波转换成可见的红外图像，从而使人类能以新的角度来观测这个奇妙的世界。目前，红外成像技术在很多领域，例如安防、侦查、检测、医疗、建筑、无损探伤有着越来越多的应用。传统红外图像采集和处理系统大多利用CPU或者DSP芯片作为核心器件，控制图像的转换，采集，处理，但此类系统在灵活性或系统功耗方面有所欠缺，使用FPGA作为核心器件能有效解决此问题，但一般基于FPGA的图像采集处理系统使用单路A/D转换器，若需温度控制功能，则会使用独立的基于电压的控制器完成TEC控制功能，如专利CN105391955A所述。此种技术存在一下缺点：(1)普通FPGA图像采集处理系统会等待A/D转换器将输入一帧图像的电信号转换完成之后，再进行数据处理，这样处理数据的时候会有一个等待转换完成的过程，会增加整个系统的时延。(2)独立的控制器会增加整个系统的控制冗余度，降低控制可靠性。(3)使用电压控制的TEC控制单元是改变固定电压的占空比来调整TEC器件的工作时间从而实现温度控制，但电压控制的方法在开关上电的时候会产生脉冲可能会击穿损坏器件或对整个系统的图像信号造成干扰。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统，包括红外探测器、多路A/D数据转换器、温度A/D转换器、FPGA处理器以及TEC供电电路，所述FPGA处理器包括一个编程实现的图像采集处理控制单元和一个编程实现的TEC控制单元；所述图像采集处理控制单元通过所述多路A/D数据转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC控制单元通过所述温度A/D转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC供电电路一端与所述红外探测器相连接，另一端分别与所述TEC控制单元和图像采集处理控制单元相连接。根据本专利技术的提供的基于FPGA的红外图像采集与处理系统，通过使用多路A/D数据转换器和在采集数据的同时处理数据的方法能大大提升整个系统的数据处理效率，并且通过改良TEC供电电路提高图像质量和器件寿命，使用电流控制来调整TEC器件的温度，使用来调节TEC器件的工作电流，此方法没有频繁的开关上电来改变器件的工作时间，不会产生瞬时的脉冲，从而能保证器件的安全，延长其使用寿命，另外，也能保证整个图像系统的信号不会受到此类脉冲的干扰。根据本专利技术上述实施例的基于FPGA的红外图像采集与处理系统还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一个示例，所述图像采集处理控制单元包括数据处理单元和图像缓存区，所述数据单元对红外探测器采集到的信息进行数据处理，并存储至所述图像缓存区。根据本专利技术的一个示例，所述FPGA包括图像采集处理控制单元和TEC控制单元，即在FPGA片上通过编程实现图像采集处理控制功能的软核和TEC控制功能的软核。根据本专利技术的一个示例，所述数据处理单元包括依次数据连接的非均匀校正模块、坏点校正模块、建立直方图模块、直方图均衡系数计算模块、灰度变换系数计算模块、直方图均衡化模块及图像缓存区，所述非均匀校正模块与所述多路A/D数据转换器数据连接。根据本专利技术的一个示例，所述坏元校正模块以四个像元为单位缓存数据，缓存完成n+1次输入数据后处理n次输入数据，同时会缓存当前处理数据的上一行图像数据；若当前处理数据为红外探测器的第一行数据，则进行5×1模板的中值滤波校正；若当前处理数据不是红外探测器的第一行数据，则取3×3模板八邻域中的左上邻域、上邻域、右上邻域、左邻域、右邻域五个像素点进行均值滤波校正。根据本专利技术的一个示例，所述红外探测器连接有偏置电压输出电路。根据本专利技术的一个示例，所述红外探测器包括内置的温度传感器和半导体制冷器，所述温度传感器与所述温度A/D转换器相连接，所述半导体制冷器与所述TEC供电电路相连接。根据本专利技术的一个示例，所述TEC控制电路包括可控电压源、放大器、扩流电路及采样电阻，所述可控电压源与所述放大器相连接，所述放大器分别与所述扩流电路和采样电阻相连接，所述扩流电路分别与所述采样电阻和半导体制冷器相连接。根据本专利技术的一个示例，所述可控电压源为直流电。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1是本专利技术实施例基于FPGA的红外图像采集与处理系统的示意图；图2是图像采集处理控制单元在采集多路红外数据的同时进行相关数据处理的示意图；图3是图像采集处理控制单元在采集多路红外数据的同时进行相关数据处理的流程图；图4是TEC控制单元控制红外探测温度的示意图；图5是TEC供电电路的结构框图；图6是TEC供电电路的电路原理图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参考附图来详细描述本专利技术的基于FPGA的红外图像采集与处理系统。结合附图1-6所示，本实施例提供了一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统，包括红外探测器1、多路A/D数据转换器2、温度A/D转换器3和FPGA处理器4以及TEC供电电路5，红外探测器1连接有偏置电压输出电路6，所述FPGA处理器4包括一个编程实现的图像采集处理控制单元41和一个编程实现的TEC控制单元42；图像采集处理控制单元41通过多路A/D数据转换器2与红外探测器1相连接，TEC控制单元42通过温度A/D转换器3与红外探测器1相连接。红外探测器1将采集到的辐射能量转换成电信号，在FPGA处理器4提供的时序下，输入多路A/D数据转换器2之后送入FPGA处理器4的图像采集处理控制单元41，多路A/D数据转换器2将电信号经过放大、抑制干扰、去噪声之后，以多路的方式同时输入到FPGA图像采集控制单元。FPGA图像采集控制单元在采集多路红外数据的同时进行相关数据处理，以提高数据处理速度和系统响应时间，并通过内置TEC控制单元42控制红外探测器1。偏置电压输出电路和红外探测器1相连，偏置电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统，其特征在于，包括红外探测器、多路A/D数据转换器、温度A/D转换器、FPGA处理器以及TEC供电电路，所述FPGA处理器包括一个编程实现的图像采集处理控制单元和一个编程实现的TEC控制单元；所述图像采集处理控制单元通过所述多路A/D数据转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC控制单元通过所述温度A/D转换器与所述红外探测器相连接，所述TEC供电电路一端与所述红外探测器相连接，另一端分别与所述TEC控制单元和图像采集处理控制单元相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的红外图像采集与处理系统，其特征在于，包括红外探
测器、多路A/D数据转换器、温度A/D转换器、FPGA处理器以及TEC供电电
路，所述FPGA处理器包括一个编程实现的图像采集处理控制单元和一个编程
实现的TEC控制单元；所述图像采集处理控制单元通过所述多路A/D数据转换
器与所述红外探测器相连接，所述TEC控制单元通过所述温度A/D转换器与所
述红外探测器相连接，所述TEC供电电路一端与所述红外探测器相连接，另一
端分别与所述TEC控制单元和图像采集处理控制单元相连接。
2.根据权利要求1描述的一种基于FPGA的红外图像采集处理系统，其特
征在于，所述FPGA包括图像采集处理控制单元和TEC控制单元，即在FPGA
片上通过编程实现图像采集处理控制功能的软核和TEC控制功能的软核。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的红外图像采集与处理系统，其特征
在于，所述数据处理单元包括依次数据连接的非均匀校正模块、坏点校正模块、
建立直方图模块、直方图均衡系数计算模块、灰度变换系数计算模块、直方图
均衡化模块及图像缓存区，所述非均匀校正模块与所述多路A/D数据转换器数
据连接。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的红外图像采集与处理系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴礼刚，
申请(专利权)人：吴礼刚，
类型：发明
国别省市：浙江;33