[发明专利]适用于高帧率大面阵红外探测器的实时红外图像处理系统

说明书

技术领域：

本发明属于红外图像实时处理领域，特别涉及适用于高帧率大面阵红外探测器的，基于单现场可编程门阵列FPGA的实时红外图像处理系统。

背景技术：

1964年美国德克萨斯仪器公司(TI)的红外前视系统(FLIR)的问世标志着红外成像时代的到来。红外成像系统抗干扰能力强，隐蔽性能好，大气穿透能力强，适应多种特殊场合。但是红外焦平面由于自身的特性和工艺限制，使得红外图像处理和普通CCD图像处理有着很多的不同，必须采用专门的红外图像处理算法对其处理。例如由于制作材料的缺陷、掺杂的非均匀性以及生产工艺过程控制的不稳定等，造成了红外焦平面阵列的不同像元在同一均匀入射辐射下，其视频输出信号幅度不同，这就是所谓的红外焦平面阵列响应的非均匀性(Nonuniformity，NU)。非均匀性将造成图像质量的下降，所以在红外热成像系统设计过程中，必须采取一定的方法尽量降低非均匀性。红外成像系统技术的关键在于红外焦平面技术和红外图像处理技术。红外成像技术，特别是红外焦平面技术，成为各国的研究热点和重点。

进入21世纪，红外焦平面技术已得到长足的发展，大面阵，低成本，长寿命，高可靠性的红外焦平面使得红外成像系统的应用越来越广泛。高清晰和小型化是未来红外成像系统主要发展方向。

现有技术中，红外图像处理技术主要有两种架构，单信号处理器DSP架构和现场可编程门阵列FPGA+DSP架构。其中现场可编程门阵列FPGA+信号处理器DSP架构是现在红外图像处理技术的主流。该架构中现场可编程门阵列FPGA主要提供各种接口时序，完成对红外焦平面控制和像素数据的采集。由于开发难度的原因，现场可编程门阵列FPGA较少参与图像处理。信号处理器DSP完成各种图像处理，例如盲元校正，非均匀性校正，图像增强。这种架构处理能力有限，如果不增加处理单元，不能适合现在高帧率(每秒100帧以上)和大面阵(640×512以上)的红外焦平面带来的高速处理能力的要求。例如640×512像素帧率100Hz的红外探测器，每像素按14bit量化，则数据量约为459Mbps。但是如果增加处理单元，又造成了系统体积变大、功耗增加、发热量大的缺点，不适合实际应用。同时由于现在红外焦平面市场并不成熟，红外焦平面的接口时序并没有形成统一标准，所以不能很方便提供各种接口时序的单信号处理器DSP架构不能很好的适应多种红外焦平面。

发明内容：

本发明目的是提供一种适用于高帧率大面阵红外探测器的，基于单现场可编程门阵列FPGA的实时红外图像处理系统，该系统能够克服现有技术中存在的上述问题。

本发明采用单现场可编程门阵列FPGA架构进行红外图像处理。依照本发明的单现场可编程门阵列FPGA架构采用大规模现场可编程门阵列FPGA，采用硬件实现的办法并行的实现红外图像处理算法，能大大提高图像处理速度，能够有效的处理大面阵高帧率红外探测器给实时红外图像处理带来的超大数据量。并且由于单现场可编程门阵列FPGA方案中外围电路少，有利于减小电路体积，有利于实现高像素高帧率红外图像系统。此外，采用SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，片上可编程系统)技术的单现场可编程门阵列FPGA架构，在后期可使用Hardcopy技术将成功实现于现场可编程门阵列FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向专用集成电路ASIC转化，可以进一步降低红外成像系统的成本，减小电路体积，提高可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种适用于高帧率大面阵红外探测器的实时红外图像处理系统，其特征在于所述系统包括：

信号调理模块，为高帧率大面阵红外探测器提供偏置电压驱动，将所述高帧率大面阵红外探测器输出的模拟视频图像信号进行调理，使得调理后的模拟视频图像信号占满模数转化模块的采样范围，并将所述调理后的模拟视频图像信号输出到模数转化模块；

模数转化模块，将调理后的模拟视频图像信号转化为数字视频图像信号后输出到视频图像处理与系统控制模块；

图像处理与系统控制模块，对所述系统进行控制，并对所述数字视频图像信号进行图像处理后输出给视频输出模块；

视频输出模块将图像处理与系统控制模块处理后的数据转化为模拟视频信号输出和数字视频输出。

依照上面所述的系统，其中所述视频图像处理与系统控制模块还包括：