專利名稱：紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紅外熱成像組件和紅外成像系統(tǒng)研究領(lǐng)域，特別是涉及一種紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外熱像儀能夠進(jìn)行非接觸式的、高分辨率的溫度成像，且圖像質(zhì)量高，可提供測量目標(biāo)的眾多信息，彌補(bǔ)了人類肉眼的不足，因此已經(jīng)在軍事、電力系統(tǒng)、土木工程、汽車、 冶金、石化、醫(yī)療等諸多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，目前尚無專門的紅外熱成像組件調(diào)試系統(tǒng)，而只能依賴于紅外熱像儀的整機(jī)測試。請參閱圖1所示，第三代便攜式紅外熱像儀，是采用非制冷凝視焦平面探測器，由紅外望遠(yuǎn)鏡、探測器、紅外熱成像組件、光機(jī)電安裝平臺和顯示器等部分組成，其中紅外探測器是關(guān)鍵器件，實(shí)現(xiàn)對場景輻射的響應(yīng)。對該紅外熱像儀進(jìn)行調(diào)試的傳統(tǒng)流程為光學(xué)系統(tǒng)(紅外望遠(yuǎn)鏡)一紅外探測器一紅外熱成像組件一PAL視頻、圖像采集卡(光機(jī)電安裝平臺、顯示器等)一基于視頻應(yīng)用的算法研究。以該便攜式紅外熱像儀為例來說，現(xiàn)有技術(shù)主要存在如下缺陷1、在紅外熱像儀的研制過程中，紅外熱成像組件性能測試是與整機(jī)一起完成的， 不能單獨(dú)進(jìn)行測試；2、紅外探測器成本較高，占據(jù)紅外熱像儀成本的90%以上，整機(jī)測試過程中的器件損壞增加了紅外熱像儀整機(jī)研制的風(fēng)險；3、整機(jī)測試結(jié)果無法全面、客觀地分析、評估原始紅外數(shù)據(jù)，也不能客觀反映紅外熱成像組件的硬件電路和圖像處理算法的性能，還增加了測試數(shù)據(jù)的分析難度。由此可見，如何設(shè)計(jì)一種可專門用于紅外熱成像組件的調(diào)試，全面、客觀地分析、 評估原始紅外數(shù)據(jù)和圖像處理算法的性能，降低紅外熱像儀研發(fā)風(fēng)險的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，是當(dāng)前本領(lǐng)域的一個重要研究目標(biāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，使其可專門用于紅外熱成像組件的調(diào)試，能夠全面、客觀地分析、評估原始紅外數(shù)據(jù)和圖像處理算法的性能，并降低紅外熱像儀的研發(fā)風(fēng)險。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，由紅外信號仿真模擬器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成，其中紅外信號仿真模擬器接收并存儲視頻或圖像文件，在紅外熱成像組件電路驅(qū)動下，向紅外熱成像組件輸出模擬信號；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)接收并分析紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括安裝有數(shù)據(jù)分析軟件的上位機(jī)；以及將紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量傳送至上位機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡。所述的數(shù)據(jù)采集卡為高速PCI數(shù)據(jù)采集卡。[0012]所述的數(shù)據(jù)采集卡通過LVDS數(shù)據(jù)交換接口接收紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。所述的紅外信號仿真模擬器包括中央處理器，以及與中央處理器連接的存儲器、 顯示器、控制面板和數(shù)據(jù)接口。所述的數(shù)據(jù)接口包括USB接口、串口及JTAG調(diào)試口。采用這樣的結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型至少具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過模擬探測器的數(shù)據(jù)輸出，有效降低了紅外熱成像組件在研制初期的開發(fā)周期和成本，加快了開發(fā)進(jìn)度，降低了風(fēng)險；2、通過隔離紅外熱成像組件和探測器，能夠準(zhǔn)確、定量分析紅外熱成像組件的硬件電路和算法性能；3、通過LVDS數(shù)字接口和高速PCI紅外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠無失真的獲取紅外探測器的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行非均勻性校正、盲元補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)研究；4、通過上位機(jī)紅外數(shù)據(jù)分析軟件，可完成硬件目標(biāo)程序編制前的功能仿真，加快圖像信息處理算法的研究進(jìn)度。

上述僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖1是現(xiàn)有紅外熱成像儀的測試流程示意圖。圖2是本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與紅外熱成像組件的組合示意圖。圖3是本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的紅外信號仿真模擬器的輸入輸出時序示意圖。圖4是本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的紅外信號仿真模擬器工作流程示意圖。圖5是本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的上位機(jī)紅外數(shù)據(jù)分析軟件功能模塊組成示意圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖2所示，本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，由紅外信號仿真模擬器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成。其中，紅外信號仿真模擬器是本實(shí)用新型的紅外數(shù)據(jù)源，能夠仿真紅外探測器的接口和信號輸出功能。紅外信號仿真模擬器主要由中央處理器，以及與中央處理器連接的顯示器、控制面板、存儲器和數(shù)據(jù)接口等組成。其中，數(shù)據(jù)接口包括USB接口、串口及JTAG調(diào)試口，標(biāo)準(zhǔn)圖像或視頻文件存儲于通過USB接口連接的外部flash存儲器(如U盤、SD卡等)中；中央處理器接收紅外熱成像組件傳送的針對某種探測器類型的驅(qū)動信號，產(chǎn)生控制時序，并將標(biāo)準(zhǔn)圖像或視頻按照探測器要求的數(shù)據(jù)格式輸出；顯示器同步顯示；控制面板實(shí)現(xiàn)各種功能模式控制，如驗(yàn)證紅外熱成像組件AD采集分辨能力、非均勻性校正能力、盲點(diǎn)剔除能力、 圖像增強(qiáng)能力等。[0029]請配合參閱圖3所示，其是以384X 288非制冷焦平面器件信號模擬為例來說明紅外信號仿真模擬器的輸入、輸出時序。紅外信號仿真模擬器接收主時鐘、場同步和行同步信號，并按時序輸出模擬數(shù)據(jù)。請配合參閱圖4所示，本實(shí)用新型的紅外信號仿真模擬器工作流程主要包括系統(tǒng)初始化一視頻或圖像文件選擇一發(fā)送模式選擇一模擬數(shù)據(jù)輸出一數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束時結(jié)束模擬。此外，還可在數(shù)據(jù)發(fā)送未結(jié)束時，更改發(fā)送模式或視頻圖像文件。紅外信號仿真模擬器接收并存儲視頻或圖像文件，在紅外熱成像組件電路驅(qū)動輸入條件下，模擬器按照紅外焦平面器件的信號規(guī)范，向紅外熱成像組件進(jìn)行模擬信號輸出， 達(dá)到動態(tài)實(shí)時仿真探測器的目的。借助紅外信號仿真模擬器輸出的標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像，進(jìn)行紅外熱成像組件研制，可以完全拋開系統(tǒng)研究對紅外焦平面器件的依賴，降低了研究成本和風(fēng)險，加快了研究進(jìn)度，并能夠隔離紅外探測器，以及整機(jī)光機(jī)電系統(tǒng)對紅外熱成像組件性能測試的影響。此外，通過人為設(shè)定模擬視頻的圖像特征，可以驗(yàn)證紅外熱成像組件在非均勻性校正、盲點(diǎn)剔除、圖像增強(qiáng)，以及信號濾波等方面的電路設(shè)計(jì)性能和圖像處理算法性能，有利于研制出高質(zhì)量的紅外熱成像組件和成像系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)接收并分析紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)主要由LVDS數(shù)據(jù)交換接口、高速PCI數(shù)據(jù)采集卡以及上位機(jī)三部分組成。其中，LVDS數(shù)據(jù)交換接口接收紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量，傳給高速PCI 數(shù)據(jù)采集卡，再傳送至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)基于上位機(jī)軟件的實(shí)時數(shù)據(jù)采集。上位機(jī)安裝有實(shí)時數(shù)據(jù)分析軟件，包括時域/頻域信號分析、控制命令下載，以及系統(tǒng)狀態(tài)信息反饋等功能，能夠獲取包含器件非均勻性信息的原始12位數(shù)據(jù)，對紅外熱成像組件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 對比紅外信號仿真模擬器的輸入視頻，達(dá)到定量分析紅外熱成像組件性能的目的。請配合參閱圖5所示，上位機(jī)的數(shù)據(jù)采集分析軟件可采用VC6. 0編程，程序由數(shù)據(jù)采集、組件控制、信息顯示和算法驗(yàn)證四個模塊組成，能夠進(jìn)行基于探測器原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)置紅外成像組件的各種工作狀態(tài)、以及目標(biāo)程序的上位機(jī)驗(yàn)證等，并以分析結(jié)果指導(dǎo)成像組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)。在系統(tǒng)研究、調(diào)試階段，編制基于FPGA的目標(biāo)板程序會耗費(fèi)大量的時間，采用數(shù)據(jù)采集卡，應(yīng)用高級語言，通過編寫基于上位機(jī)的圖像處理算法，能夠加快算法研究進(jìn)度， 在算法有效性得到反復(fù)驗(yàn)證之后，再編制目標(biāo)板程序。在電路基本功能驗(yàn)證成功之后，可以以真實(shí)的紅外探測器代替紅外信號仿真模擬器，集成光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)行基于紅外成像系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，并采集原始數(shù)據(jù)，開展基于上位機(jī)軟件相關(guān)算法的研究，加速硬件和算法研制進(jìn)度。利用本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對紅外熱成像組件進(jìn)行調(diào)試的流程主要為紅外信號仿真模擬器一紅外成像組件一LVDS數(shù)字量、高速PCI數(shù)據(jù)采集卡一基于成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析及算法研究。本實(shí)用新型的應(yīng)用，有利于提高紅外成像組件的研究效率，提高系統(tǒng)成像質(zhì)量，降低研制成本和風(fēng)險。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于由紅外信號仿真模擬器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成，其中紅外信號仿真模擬器接收并存儲視頻或圖像文件，在紅外熱成像組件電路驅(qū)動下，向紅外熱成像組件輸出模擬信號；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)接收并分析紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)包括上位機(jī)；以及將紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量傳送至上位機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集卡為高速PCI數(shù)據(jù)采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集卡通過LVDS數(shù)據(jù)交換接口接收紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的紅外信號仿真模擬器包括中央處理器，以及與中央處理器連接的存儲器、顯示器、控制面板和數(shù)據(jù)接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)接口包括USB接口、串口及JTAG調(diào)試口。
專利摘要本實(shí)用新型是有關(guān)于一種紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，由紅外信號仿真模擬器和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成，其中紅外信號仿真模擬器接收并存儲視頻或圖像文件，在紅外熱成像組件電路驅(qū)動下，向紅外熱成像組件輸出模擬信號；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)接收并分析紅外熱成像組件輸出的數(shù)字電平量。本實(shí)用新型紅外熱成像組件信號模擬與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可專門用于紅外熱成像組件的調(diào)試，能夠全面、客觀地分析、評估原始紅外數(shù)據(jù)和圖像處理算法的性能，并降低紅外熱像儀的研發(fā)風(fēng)險。
文檔編號G01R31/3167GK202110252SQ20112004720
公開日2012年1月11日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者李玉玨, 王軍力, 王新星, 邸超, 陳小明 申請人:中國兵器工業(yè)系統(tǒng)總體部