[发明专利]一种基于FPGA的红外成像自动聚焦系统

说明书

本发明公开一种基于FPGA器件的红外成像自动聚焦系统，涉及相机自动聚焦技术领域。在保留已有手动调焦功能的红外成像系统的硬件结构和器件不变的基础上，有效地利用原有调焦传感硬件机构和视频处理FPGA器件的剩余资源，采用硬件描述语言和原理图输入法，设计与原电路匹配的自动聚焦系统并集成到原有视频处理FPGA数字逻辑程序中，经过重新仿真和综合编译后再下载到FPGA器件，完成基于图像分析的视频图像的调焦评价计算和自动聚焦控制调试，实现为已有手动调焦功能的红外成像系统增加基于图像处理的自动聚焦功能的目的，并具有设计周期短、复杂度低、可靠性高和调试方便等优点。

技术领域

本发明涉及相机自动聚焦技术领域，具体的涉及一种基于FPGA的红外成像自动聚焦系统。

背景技术

自动聚焦就是利用现代电子技术和机械控制方法代替人眼检测被摄目标体的聚焦清晰与否，并代替手工调节焦点，使得物体能够在探测器上清晰成像。它是一个模仿人的眼球晶状体曲率变化来改变焦距的过程。随着自动化水平不断提高，自动聚焦技术也日臻完善，在自动化、高精度、高稳定性、聚焦速度等方面都取得了很大进展，广泛应用于照相机、摄像机、显微镜、扫描仪等各种精密仪器系统中。随着现代计算技术的发展和数字图像处理理论的日益成熟，自动聚焦技术进入到一个新的数字时代，基于数字图像处理理论发展出了各种自动从图像中提取客观反映的图像清晰度的有效信息的自动聚焦方法，聚焦评价更加灵活和多样，聚焦控制更加简单便捷，聚焦更加趋于智能化。

红外成像系统由红外光学系统、红外探测器、视频信号处理电路等部分组成。来自目标和景物的红外辐射经大气传输由红外光学系统成像于红外探测器的光敏面上，探测器读出电路将红外视频信号送至电子信号预处理电路组件，经过采样、多路传输和模数转换后进入电子信号主处理组件，最终将合成的标准视频信号送至显示器。其中，红外光学系统一般包含由调焦电机控制的调焦透镜；电子信号主处理组件也包含手动调焦机构的驱动和反馈电路模块。先进的电子设计自动化(EDA)工具是目前集成电路的设计的主流，以硬件描述语言(HDL)和逻辑综合为基础的自顶向下的电路设计方法可以满足日趋复杂的集成电路系统设计需求。

现场可编程门阵列(FPGA)器件不但具有大规模、高集成度、高可靠性的优点，而且具有开发过程投资少、周期短、可反复修改、保密性好和开发工具智能化等特点。目前，很多红外成像系统的电子信号处理组件都采用包含FPGA、DSP或单片机等嵌入式计算机的数字集成电路设计。因此，为已具有手动调焦功能的红外成像系统增加自动聚焦功能就可以利用现有的调焦传感硬件机构，设计具有自动聚焦功能的嵌入式数字逻辑电路程序。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于FPGA的红外成像自动聚焦系统，在保留已有手动调焦功能的红外成像系统的硬件结构和器件不变的基础上，设计与原电路匹配的自动聚焦FPGA数字逻辑程序并集成到原有电子信号处理组件中，经过重新编译并下载到FPGA芯片器件中，实现为已有手动调焦功能的红外成像系统增加自动聚焦功能的目的。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于FPGA的红外成像自动聚焦系统，包含同步控制信号生成模块、视频消隐信号生成模块、聚焦区域视频分流模块、聚焦区域视频存储模块、图像空间滤波模块与调焦评价值计算和自动聚焦实施模块；

所述同步控制信号生成模块用于由同步视频数据信号传输时钟生成使视频收发端同步扫描的控制信号，包括视频行、场消隐脉冲、复合消隐脉冲信号；

所述视频消隐信号生成模块用于由视频收发端同步扫描信号生成综合消隐信号和扫描行计数信号；

所述聚焦区域视频分流模块是对视频数据信号进行处理的第一个模块，该模块既可用于将输入视频直接输出显示(即保持传输不受自动聚焦算法影响的原视频)，还实现了将输入视频分流出来以便进行自动聚焦算法处理；

所述聚焦区域视频存储模块是一个种高速工作的双端口随机存储器，用于存储每场输出的聚焦区域图像；