[发明专利]一种基于Zynq SOPC架构的红外成像系统

说明书

本发明涉及一种基于Zynq SOPC架构的红外成像系统，包括红外探测器前的光学镜头、红外探测器驱动电路、探测器温控电路、信号调理电路、模数转换电路、数字信号处理单元和数字信号输出电路。所述红外探测器驱动电路包括探测器电源和探测器数字信号驱动，所述信号调理电路单端转差分运算放大器接收探测器的模拟视频信号，并对所述的模拟信号进行放大处理，所述信号处理单元将数据组合成红外图像，完成必要的图像处理算法。本发明处理电路数据带宽充足，能适配长波红外焦平面探测器，串行处理易于实现，可拓展性强；FPGA内嵌ARM硬核可以减少传统红外成像电路中采用多处理器的电路复杂度。

技术领域

本申请属于光电成像和图像处理技术领域，具体是一种红外探测器驱动及成像处理技术与系统。

背景技术

红外成像技术是利用目标与背景之间的红外辐射差异形成图像场景。与雷达和可见光成像相比，它在隐藏能力、抗干扰能力和工作时间等方面具有优势。因此，在夜间和雨雾等恶劣的天气条件下，红外系统可以轻易探测到有红外辐射的物体。红外成像技术使人眼可以超越自身视觉限制，增强了人类获得信息的能力，已经广泛应用于导弹、夜视、监控、自动驾驶、公安、测温、工业监控等军事和民用领域，未来也具有广阔的业务需求和应用前景。

传统红外成像驱动电路采用单FPGA架构或FPGA+ARM分立芯片的双架构。单FPGA架构方案算法难以移植、串行处理不易实现；FPGA+ARM分立的芯片方案，实现多个芯片之间的数据传输是这类系统的主要难点和性能瓶颈，这使得完成的产品具有成本高、功耗大、体积过大、缺乏竞争力等特点。

因此，如何解决上述问题成为了重点关注对象。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于Zynq SOPC架构的红外成像系统，能够简化红外成像处理电路和提高电路的成像质量。

具体技术方案为：一种基于Zynq SOPC架构的红外成像系统，包括数字信号处理单元，数字信号处理单元将红外探测器与信号调理电路、模数转换电路、TEC温度控制电路、数字信号输出电路连接在一起；数字信号处理单元通过探测器驱动时钟与红外探测器连接；数字信号处理单元通过A/D转换芯片与模数转换电路连接；数字信号处理单元为红外探测器和A/D转换芯片提供数字驱动信号，红外探测器输出的两路模拟信号经过信号调理电路和模数转换电路转换为14bit的数字信号后输入到数字信号处理单元中；TEC温度控制电路稳定的调节红外探测器的温度，维持探测器工作在设定值附近；探测器驱动时钟包括探测器电源和探测器数字信号驱动；探测器上的温度传感器提供模拟输出的电压Vtemp，反馈给TEC控制芯片来调节探测器的温度；信号调理电路和模数转换电路主要是运放和A/D转换芯片；所述信号调理电路为两路单端转差分运算放大器电路，单端转差分运算放大器接收探测器输出的两路模拟视频信号，并对所述的模拟信号进行放大处理转换为模拟差分信号，信号处理单元将数据组合成红外图像，完成必要的图像处理算法；所述信号处理单元为Zynq内部的PL（Programmable Logic）和PS（Programmable System）。

进一步，所述数字信号处理单元为Zynq SOPC主控芯片，主控芯片控制DDR3缓存图像数据，然后在内部完成非均匀性校正、动态压缩和图像增强算法处理。

进一步，数字信号处理单元通过数字信号输出电路与显示设备连接。

进一步，红外探测器配以光学镜头构成红外成像系统，数字信号传输电路通过千兆以太网的UDP协议，将红外视频通过网络传输至远程PC端实时显示，实现在PC上截图、录像、日志查询功能。

进一步，探测器温控电路为MAX1978数字温控电路，为探测器提供恒定的温度，降低探测器的温度漂移。

进一步，模数转换电路为模拟差分信号转数字信号。

进一步，所述红外探测器驱动电路为探测器电源和时钟驱动。

进一步，所述数字信号传输电路为以太网信号传输。