红外图像高速采集及实时显示系统设计

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1、万方数据第8卷第12期2008年6月1671-1819(2008)12-3362·04科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringV01．8No．12June2008@2008Sci．Teeh．Engng．红外图像高速采集及实时显示系统设计陈捷李范呜李争孙明琪(中国科学院上海技术物理所，上海200083)摘要介绍了一种红外图像高速采集及实时显示系统的总体结构设计。数据采集模块采用Avago公司先进的光纤收发模块，实现了数据高速稳定的接收。显示模块采用数字视频接1：

2、2(DVI)技术，能够实时显示超大分辨率的红外全景图。系统基于FPGA设计，其可编程特性使得该系统能够满足不同的实际需求，应用前景十分广阔。关键词红外图像高速采集实时显示中图法分类号'rP732．2；文献标志码A红外热成像技术在军事领域和民用工程中都得到了越来越广泛的应用。红外系统一般由3个部分构成：光学系统以及红外探测器、图像高速采集系统、图像处理系统。随着半导体制造工艺的不断进步，红外探测器性能得到迅猛发展，国外已推出了多种超大阵列红外探测器⋯。正因如此，如何保证数据高速稳定的采集以及进行实

3、时处理成为了当前的研究热点。此外，在诸多实际工程应用中，为方便调试、操作以及监控，实时显示红外图象显得尤为重要，目前常见的应用是采用基于PCI或USB的采集卡，再经由PC机实现红外图像的动态显示【2J。这样的缺点是当数据量很大时，图像的显示将占用PC机的过多资源且实时性受到PC机处理能力的限制。本文设计的系统采用基于光纤接口的高速数据采集模块，并且使用FPGA编程实现接收模块的控制且直接生成DVI格式的全景视频输出到显示器显示。1系统总体架构红外图像高速采集及实时显示系统的总体结2008年3月6

4、El收到第一作者简介：陈捷(1983一)，中国科学院上海技术物理研究所硕士研究生，研究方向：红外信号与信息处理。E-mail：ehenjie08@gmail．com。构如图1所示。红外探测器头部将采样所得红外图像数据转换为光信号，再经由光纤通道往下传送到接收终端。光纤接收模块将接收到的光信号解码恢复成电信号，传送给FPGA。使用光纤传输图像数据，一方面其带宽大，具备极高的数据传输率；另一方面其抗电磁干扰性强，有利于实现数据稳定准确的传输。FPGA通过CPCI接口与Pc机相连，以实现与PC机间必要

5、的通信以及人机互动功能。此外FPGA外接两块DDR存储器，以乒乓模式控制，使得高速数据传输和图像处理能够同时进行。显示模块基于DVI数字视频技术设计，在FPGA内采用Verilog编程实现DVI时序发生控制器，并连接到DVI物理层芯片，生成DVI视频流到显示器上显示。红外探测器阻外图像A仍采样巴二二==+J数据流+雠钎涌漕红外探测器头部主机ll厂]””全景图实时显示DVI纤模PC!接口lDVI接口一目淤DDRSDRAM红外图像采集及实时显示接n板图1系统总体架构示意图万方数据12期陈捷，等：红外

6、图像高速采集及实时显示系统设计3363这样的设计使得红外图像的显示控制完全在FPGA内完成，不会给主机带来任何负担，实时性的要求也易于实现。而且DVI数字视频相比传统的模拟视频分辨率更高，也更稳定。2光纤接收模块的设计光电转换芯片(HFBR-5208)光纤接收模块框图如图2所示，其工作流程如下：HFBR-5208光电转换芯片接收光信号并解码成PECL电平的串行数据流，然后经由电平转换j琶：片sn651vdtl00变换成LVDS电平高速串行信号，再通过MAX9218解串成并行数据流传送到FPGA接

7、收。高出谥i硝‘并行数据总线／’‘>IN+高速串行数据流DATA[13：Ol14’并行控和{OUT+IN十Cnrl[8：o】7‘>OUT．IN．‘。9同步’、IN．HsyncCLK时钟、图2光纤接收模块框图2．1HFBR-5208光电转换芯片简介Avago公司(原Agilent公司半导体部)提供一系列光纤收发模块芯片，数据传输辛I从几百兆比特每秒到几十吉比特每秒，可满足不同实际应用的需求。本文选用HFBR-5208芯片，其使用62．5／125¨m多模光纤，传输距离可达到500In，数据传输率为1

8、55—622Mb／s。其接收数据的原理如图3所示，光学组件从光纤接收到的光信号经InGaAs光电探测器转变为电信号，再通过前置放大器、滤波器、放大器、PECL输出缓冲器，完成光信号到高速串行电信号的转换。三一罔3HFBR-5208接收模块框图2．2利用MAX9218实现串并转换MAX9218是一款简单易用的数字串／并转换器，包含数据和控制周期总共27位数据解串。在数据周期，LVDS串行输入被转换为18位并行数据信号，在控制周期，输入被转换为9位并行控制信号。支持3MHz到35MHz的较宽范围的并