雙光譜紅外熱像球機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外熱成像、視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙光譜攝像機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)理。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)視頻監(jiān)控產(chǎn)品在平安城市、電力、智能樓宇等領(lǐng)域發(fā)展迅猛，而紅外熱像儀產(chǎn)品在電力監(jiān)測(cè)、森林防火、邊防海防等領(lǐng)域應(yīng)用也已逐漸普及。在電力、消防等領(lǐng)域，業(yè)界多個(gè)廠家推出了云臺(tái)式雙光譜攝像機(jī)產(chǎn)品。此類產(chǎn)品常用方案是云臺(tái)兩側(cè)懸掛兩個(gè)護(hù)罩，兩護(hù)罩內(nèi)分別放置一個(gè)紅外熱成像攝像機(jī)和可見(jiàn)光槍機(jī)。也有部分廠商推出了紅外和可見(jiàn)光合一的雙光譜球機(jī)，通常體積在8寸左右，價(jià)格較貴。云臺(tái)式雙光譜攝像機(jī)左右兩側(cè)帶有兩個(gè)護(hù)罩，整個(gè)產(chǎn)品體積龐大，在成本和安裝運(yùn)輸方面劣勢(shì)明顯。雙光譜球機(jī)在體積和成本方面相比云臺(tái)式有顯著提升，但業(yè)界常用方案是把熱像儀和可見(jiàn)光攝像機(jī)的電路作為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立部件來(lái)考慮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明根據(jù)熱像儀和可見(jiàn)光攝像機(jī)各自電路功能特點(diǎn)，刪減冗余電路，把相同功能電路合并，從而減少印制板面積和功耗，降低產(chǎn)品成本，可實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有球機(jī)結(jié)構(gòu)件條件下少許改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)雙光譜紅外熱像球機(jī)產(chǎn)品。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種雙光譜紅外熱像球機(jī)，由6個(gè)部分組成。可見(jiàn)光機(jī)芯單元包括可見(jiàn)光鏡頭、圖像傳感器、圖像處理，用于可見(jiàn)光成像，輸出標(biāo)準(zhǔn)RGB數(shù)據(jù)或BT.1120數(shù)據(jù)；熱成像探測(cè)器單元包括紅外鍺鏡頭、探測(cè)器，用于紅外線成像，逐一輸出每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)；FPGA單元主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是對(duì)探測(cè)器輸出的紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，例如非均勻性校正、圖像增強(qiáng)、偽彩色等；另一功能就是通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制，即設(shè)置球機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)；ARM和編解碼單元4主要完成兩個(gè)功能:一是對(duì)視頻流數(shù)據(jù)和音頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，二是ARM模塊可實(shí)現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品的控制和外部設(shè)備通訊；以太網(wǎng)PHY模塊完成以太網(wǎng)MAC接口轉(zhuǎn)換為100/1000base-TX網(wǎng)口，從而實(shí)現(xiàn)視頻流數(shù)據(jù)傳輸及整機(jī)產(chǎn)品通訊控制功能；云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元6包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、水平步進(jìn)電機(jī)、垂直步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)球機(jī)云臺(tái)功能。
[0005]所述的FPGA單元支持CPU軟核功能，通過(guò)CPU軟核來(lái)實(shí)現(xiàn)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制；或至少包括一片F(xiàn)PGA、一片F(xiàn)LASH、一片DDR3芯片，選用ALTERA公司型號(hào)為5CEFA4M13C7的芯片，共有49K個(gè)邏輯單元。
[0006]所述的ARM和編解碼單元采用支持至少2路視頻編碼的芯片，或采用海思公司型號(hào)為Hi3516芯片。
[0007]在熱像儀產(chǎn)品硬件方案中，F(xiàn)PGA主要用于完成探測(cè)器輸出的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行成幀處理，以及紅外圖像算法處理。本發(fā)明使用熱像儀中的FPGA內(nèi)部的CPU軟核來(lái)完成云臺(tái)控制功能，可省去球機(jī)專用的云臺(tái)控制MCU芯片。在視頻監(jiān)控球機(jī)硬件方案中，通常會(huì)采用一顆集成ARM的雙核或多核編碼芯片。本發(fā)明利用視頻監(jiān)控已有的編碼芯片，不僅用于可見(jiàn)光圖像數(shù)據(jù)的編碼，還用來(lái)作為紅外圖像數(shù)據(jù)的編碼，省去了熱像儀的編碼芯片。
[0008]綜上所述，本發(fā)明所得到的雙光譜紅外熱像球機(jī)具有以下特點(diǎn):
1.使用單顆中小規(guī)模FPGA芯片，該芯片不僅用于紅外圖像算法處理，還利用FPGA內(nèi)部的CPU軟核模塊來(lái)替換云臺(tái)控制用MCU ；
2.本發(fā)明采用單顆內(nèi)嵌ARM且可支持雙路視頻編碼的芯片，其中一路視頻為可見(jiàn)光，另外一路為紅外成像，從而實(shí)現(xiàn)雙光譜功能。
[0009]本發(fā)明所采用的硬件方案，省去了球機(jī)云臺(tái)控制的MCU芯片，以及省去了熱像儀所需的編碼模塊，刪去了業(yè)界熱像儀機(jī)芯通常提供的模擬視頻端口、算法處理模塊。本發(fā)明中熱成像探測(cè)器單元體積大小可做到38mm*38mm*30mm (不含鏡頭，因鏡頭體積和焦距、視場(chǎng)角相關(guān))，功耗約4瓦左右，比較容易實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有球機(jī)略作改動(dòng)條件下，即可實(shí)現(xiàn)雙光譜功會(huì)K。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例硬件方案框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0013]實(shí)施例1。
[0014]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例描述的一種雙光譜紅外熱像球技，由6個(gè)部分組成，可見(jiàn)光機(jī)芯單元I包括可見(jiàn)光鏡頭、圖像傳感器、圖像處理，用于可見(jiàn)光成像，輸出標(biāo)準(zhǔn)RGB數(shù)據(jù)或BT.1120數(shù)據(jù)；熱成像探測(cè)器單元2包括紅外鍺鏡頭、探測(cè)器，用于紅外線成像，逐一輸出每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)；FPGA單元3主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是對(duì)探測(cè)器輸出的紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，例如非均勻性校正、圖像增強(qiáng)、偽彩色等；另一功能就是通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制，即設(shè)置球機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)；ARM和編解碼單元4主要完成兩個(gè)功能:一是對(duì)視頻流數(shù)據(jù)和音頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，二是ARM模塊可實(shí)現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品的控制和外部設(shè)備通訊；以太網(wǎng)PHY模塊5完成以太網(wǎng)MAC接口轉(zhuǎn)換為100/1000base-TX網(wǎng)口，從而實(shí)現(xiàn)視頻流數(shù)據(jù)傳輸及整機(jī)產(chǎn)品通訊控制功能；云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元6主要包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、水平步進(jìn)電機(jī)、垂直步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)球機(jī)云臺(tái)功能。
[0015]可見(jiàn)光機(jī)芯單元采用了日立公司型號(hào)為D1-SC221的機(jī)芯，最高分辨率1920*1080p，其輸出為差分LVDS串行YUV422數(shù)據(jù)信號(hào)。把信號(hào)接到FPGA中進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后送入到編碼芯片的視頻輸入端口 O ;
熱成像探測(cè)器單元包括紅外鍺鏡頭、探測(cè)器單板，輸出為單個(gè)像素的RAW數(shù)字信號(hào)。UFPA (非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器)選用氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)類型，分辨率為640*480 ;
FPGA單元主要包括一片F(xiàn)PGA、一片F(xiàn)LASH、一片DDR3芯片。選用ALTERA公司型號(hào)為5CEFA4M13C7的芯片，共有49K邏輯單元。FPGA完成紅外圖像算法處理后，送入到編碼芯片的另一個(gè)視頻輸入端口 I。本實(shí)例中采用N1S II軟件工具來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU軟核功能，用于云臺(tái)控制。CPU軟核所占用的邏輯資源成本約6元人民幣。CPU軟核通過(guò)UART串口或SPI總線和編解碼芯片之間通訊。FLASH用于存儲(chǔ)ARM程序，以及熱成像算法配置參數(shù)。DDR3芯片作為圖像算法的緩存。
[0016]ARM和編解碼單元采用海思公司型號(hào)為Hi3516芯片，可同時(shí)支持兩路視頻編碼處理，并封裝成以太網(wǎng)報(bào)文，通過(guò)MII/GMII端口輸出。該芯片內(nèi)部集成了 Cortex A9的ARM，用以整個(gè)產(chǎn)品的系統(tǒng)管理及外部通訊。
[0017]以太網(wǎng)PHY芯片完成MAC接口轉(zhuǎn)換為10base-TX以太網(wǎng)網(wǎng)口，把兩路視頻數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口輸出，并提供和外部設(shè)備通訊功能。
[0018]云臺(tái)控制單元包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片及水平方向步進(jìn)電機(jī)、垂直方向步進(jìn)電機(jī)。業(yè)界有各類成熟方案，本文不再贅述。
[0019]外部端口包括RJ45網(wǎng)口、音視頻輸入輸出端口、告警輸入輸出端口、電源輸入端口。業(yè)界有各類成熟方案，本文不再贅述。
[0020]上述所舉實(shí)例為為一款雙光譜非制冷型網(wǎng)絡(luò)熱像球機(jī)硬件方案，性能規(guī)格、端口種類不低于業(yè)界通用產(chǎn)品。其硬件方案緊湊合理，商業(yè)化應(yīng)用上具有一定的優(yōu)勢(shì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙光譜紅外熱像球機(jī)，其特征是由6個(gè)部分組成，可見(jiàn)光機(jī)芯單元包括可見(jiàn)光鏡頭、圖像傳感器、圖像處理，用于可見(jiàn)光成像，輸出標(biāo)準(zhǔn)RGB數(shù)據(jù)或BT.1120數(shù)據(jù)；熱成像探測(cè)器單元包括紅外鍺鏡頭、探測(cè)器，用于紅外線成像，逐一輸出每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)；FPGA單元主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是對(duì)探測(cè)器輸出的紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；另一功能就是通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制，即設(shè)置球機(jī)水平轉(zhuǎn)動(dòng)或垂直轉(zhuǎn)動(dòng)；ARM和編解碼單元主要完成兩個(gè)功能:一是對(duì)視頻流數(shù)據(jù)和音頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，二是ARM模塊可實(shí)現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品的控制和外部設(shè)備通訊；以太網(wǎng)PHY模塊完成以太網(wǎng)MAC接口轉(zhuǎn)換為100/1000base-TX網(wǎng)口，從而實(shí)現(xiàn)視頻流數(shù)據(jù)傳輸及整機(jī)產(chǎn)品通訊控制功能；云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元主要包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、水平步進(jìn)電機(jī)、垂直步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)球機(jī)云臺(tái)功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光譜紅外熱像球機(jī)，其特征是所述的FPGA單元支持CPU軟核功能，通過(guò)CPU軟核來(lái)實(shí)現(xiàn)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光譜紅外熱像球技，其特征是所述的FPGA單元包括一片F(xiàn)PGA、一片F(xiàn)LASH、一片DDR3芯片，選用ALTERA公司型號(hào)為5CEFA4M13C7的芯片，共有49K個(gè)邏輯單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光譜紅外熱像球機(jī)，其特征是所述的ARM和編解碼單元采用支持至少2路視頻編碼的芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光譜紅外熱像球機(jī)，其特征是所述的ARM和編解碼單元采用海思公司型號(hào)為Hi3516芯片。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)一種雙光譜紅外熱像球機(jī)，由6個(gè)部分組成?？梢?jiàn)光機(jī)芯單元包括可見(jiàn)光鏡頭、圖像傳感器、圖像處理，用于可見(jiàn)光成像，輸出標(biāo)準(zhǔn)RGB數(shù)據(jù)或BT.1120數(shù)據(jù)；熱成像探測(cè)器單元包括紅外鍺鏡頭、探測(cè)器，用于紅外線成像，逐一輸出每個(gè)像素的數(shù)字信號(hào)；FPGA單元主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是對(duì)探測(cè)器輸出的紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；另一功能就是通過(guò)FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元控制；ARM和編解碼單元4主要完成兩個(gè)功能：一是對(duì)視頻流數(shù)據(jù)和音頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，二是ARM模塊可實(shí)現(xiàn)整機(jī)產(chǎn)品的控制和外部設(shè)備通訊；以太網(wǎng)PHY模塊完成以太網(wǎng)MAC接口轉(zhuǎn)換為100/1000base-TX網(wǎng)口；云臺(tái)驅(qū)動(dòng)單元6包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、水平步進(jìn)電機(jī)、垂直步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)球機(jī)云臺(tái)功能。
【IPC分類】H04N5/33, H04N5/225
【公開(kāi)號(hào)】CN104883481
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510235464
【發(fā)明人】閆樹(shù)軍, 李毅, 陳平山
【申請(qǐng)人】杭州奕霖傳感科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月11日