[发明专利]一种检测微悬臂梁焦平面阵列的微梁偏转量的数字处理方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种用于检测微悬臂梁焦平面阵列的微梁偏转量的数字处理方法，该方法主要应用于双材料微悬臂梁红外成像系统中，相比于目前同类型的红外成像系统普遍采用的方法，该方法在降低设计复杂度的同时能够更好的抵抗外界干扰。

背景技术

目前，基于双材料微悬臂梁的红外成像系统为了能够读出焦平面阵列上微悬臂梁的偏转量，通常在接收到光学读出模块的数据之后，必须进行两帧图像相减操作，即用高信噪比CCD图像传感器接收数据，然后进行实时的数字图像取差，取差结果就是双材料微悬臂梁的偏转量。但是，这种基于减影术的两帧图像相减的方法虽然理论简单，但是在实践中，运用该方法会使得设计较为复杂，因为CCD图像传感器主要探测光强，外界环境的细微变化都会反映到CCD上，两幅图像相减操作可能出现负数，因此首先需要比较像素大小，以防出现负数导致数据溢出，不利于后续的处理，并且在采集红外视频时容易受外界环境干扰从而产生背景噪声。

发明内容

为了克服现有的双材料微悬臂梁红外成像系统所普遍采用的检测微悬臂梁焦平面阵列的微梁偏转量的数字处理方法的不足，本发明专利提供一种原理更为简单，实现更为容易，同时可以减小设计复杂度且能更好抵抗外界干扰的方法。该方法就是数字异或的方法。

该方法所采用的技术方案是：首先，设计基于FPGA(Field-ProgrammableGate Array)的图像处理硬件平台，在CCD接收到微悬臂梁红外成像系统光学读出模块的数据之后，通过FPGA控制SDRAM(Synchronous Dynamic RandomAccess Memory)保存初始帧数字图像数据，然后将每一帧图像数据分别与初始帧图像数据进行按位异或操作。因为数字图像的每一个像素点的灰度是由表示该像素点的数据的每一位二进制值共同决定的，在按位异或运算的作用下，当两帧图像对应像素点数据不同时对应位二进制值结果为1，相同时为0，从而检测出了其后每一帧图像与初始帧图像的细微差别并将其以数字量的形式精确地输出，达到了读出微悬臂梁的偏转量的目的。

有益效果

该方法的有益效果是，由于该方法的核心思想是通过对两帧数字图像数据进行按位异或操作得到精确的检测微悬臂梁焦平面阵列的微梁偏转量，相比与旧有的方法而言，原理更为简单且实现容易，同时减小了系统设计的复杂度并降低了实时处理的运算量，可以更好的抵抗外界干扰。通过实验表明即便采用信噪比较低的CMOS图像传感器仍能得到较好效果，既降低了成本又为后续处理提供了极大便利。

具体实施方式

第一步，建立以FPGA作为处理核心，SDRAM作为外扩存储器，并带有数字CCD接口，能够同CCD进行数据交换的图像处理硬件平台；

第二步，启动微悬臂梁红外成像系统，其核心传感器——双材料微悬臂梁焦平面阵列探测到外界红外辐射之后，阵列上的微悬臂梁发生偏转，从而使从焦平面阵列反射出的光强发生变化；

第三步，用CCD接收焦平面阵列反射出来的光，转化为数字图像信号之后，进入FPGA图像处理系统，通过FPGA的控制在高速存储器SDRAM中开辟两块缓存区A1和A2，这两块缓存区大小相同且能够容纳一帧数字图像；

第四步，在FPGA控制下将初始帧数字图像数据存入缓存区A1并保持不变，A2则作为一个可变的临时缓存区，将其后的每一帧图像数据在A2里面进行一次帧存；

第五步，在FPGA里面将缓存区A1的图像数据和可变缓存区A2的数据进行高速并行的按位异或运算，然后将运算后的数据输出，从而可以检测出初始帧图像与其后每一帧图像的细微差别并得到了高精度的数字量结果。