双光谱红外热像球机的制作方法

双光谱红外热像球机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外热成像、视频监控技术领域，涉及一种双光谱摄像机产品实现机理。
【背景技术】
[0002]近年来视频监控产品在平安城市、电力、智能楼宇等领域发展迅猛，而红外热像仪产品在电力监测、森林防火、边防海防等领域应用也已逐渐普及。在电力、消防等领域，业界多个厂家推出了云台式双光谱摄像机产品。此类产品常用方案是云台两侧悬挂两个护罩，两护罩内分别放置一个红外热成像摄像机和可见光枪机。也有部分厂商推出了红外和可见光合一的双光谱球机，通常体积在8寸左右，价格较贵。云台式双光谱摄像机左右两侧带有两个护罩，整个产品体积庞大，在成本和安装运输方面劣势明显。双光谱球机在体积和成本方面相比云台式有显著提升，但业界常用方案是把热像仪和可见光摄像机的电路作为两个相对独立部件来考虑。

【发明内容】

[0003]本发明根据热像仪和可见光摄像机各自电路功能特点，删减冗余电路，把相同功能电路合并，从而减少印制板面积和功耗，降低产品成本，可实现在现有球机结构件条件下少许改动即可实现双光谱红外热像球机产品。
[0004]为了达到上述目的，本发明设计一种双光谱红外热像球机，由6个部分组成。可见光机芯单元包括可见光镜头、图像传感器、图像处理，用于可见光成像，输出标准RGB数据或BT.1120数据；热成像探测器单元包括红外锗镜头、探测器，用于红外线成像，逐一输出每个像素的数字信号；FPGA单元主要实现两个功能:一是对探测器输出的红外数据进行图像处理，例如非均匀性校正、图像增强、伪彩色等；另一功能就是通过FPGA来实现对云台驱动单元控制，即设置球机水平转动或垂直转动；ARM和编解码单元4主要完成两个功能:一是对视频流数据和音频流数据进行编码，二是ARM模块可实现整机产品的控制和外部设备通讯；以太网PHY模块完成以太网MAC接口转换为100/1000base-TX网口，从而实现视频流数据传输及整机产品通讯控制功能；云台驱动单元6包括步进电机驱动芯片、水平步进电机、垂直步进电机，从而实现球机云台功能。
[0005]所述的FPGA单元支持CPU软核功能，通过CPU软核来实现云台驱动单元控制；或至少包括一片FPGA、一片FLASH、一片DDR3芯片，选用ALTERA公司型号为5CEFA4M13C7的芯片，共有49K个逻辑单元。
[0006]所述的ARM和编解码单元采用支持至少2路视频编码的芯片，或采用海思公司型号为Hi3516芯片。
[0007]在热像仪产品硬件方案中，FPGA主要用于完成探测器输出的像素数据进行成帧处理，以及红外图像算法处理。本发明使用热像仪中的FPGA内部的CPU软核来完成云台控制功能，可省去球机专用的云台控制MCU芯片。在视频监控球机硬件方案中，通常会采用一颗集成ARM的双核或多核编码芯片。本发明利用视频监控已有的编码芯片，不仅用于可见光图像数据的编码，还用来作为红外图像数据的编码，省去了热像仪的编码芯片。
[0008]综上所述，本发明所得到的双光谱红外热像球机具有以下特点:
1.使用单颗中小规模FPGA芯片，该芯片不仅用于红外图像算法处理，还利用FPGA内部的CPU软核模块来替换云台控制用MCU ；
2.本发明采用单颗内嵌ARM且可支持双路视频编码的芯片，其中一路视频为可见光，另外一路为红外成像，从而实现双光谱功能。
[0009]本发明所采用的硬件方案，省去了球机云台控制的MCU芯片，以及省去了热像仪所需的编码模块，删去了业界热像仪机芯通常提供的模拟视频端口、算法处理模块。本发明中热成像探测器单元体积大小可做到38mm*38mm*30mm (不含镜头，因镜头体积和焦距、视场角相关)，功耗约4瓦左右，比较容易实现在现有球机略作改动条件下，即可实现双光谱功會K。
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例硬件方案框图。
[0011]图2是本发明设计方案示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0013]实施例1。
[0014]如图1、图2所示，本实施例描述的一种双光谱红外热像球技，由6个部分组成，可见光机芯单元I包括可见光镜头、图像传感器、图像处理，用于可见光成像，输出标准RGB数据或BT.1120数据；热成像探测器单元2包括红外锗镜头、探测器，用于红外线成像，逐一输出每个像素的数字信号；FPGA单元3主要实现两个功能:一是对探测器输出的红外数据进行图像处理，例如非均匀性校正、图像增强、伪彩色等；另一功能就是通过FPGA来实现对云台驱动单元控制，即设置球机水平转动或垂直转动；ARM和编解码单元4主要完成两个功能:一是对视频流数据和音频流数据进行编码，二是ARM模块可实现整机产品的控制和外部设备通讯；以太网PHY模块5完成以太网MAC接口转换为100/1000base-TX网口，从而实现视频流数据传输及整机产品通讯控制功能；云台驱动单元6主要包括步进电机驱动芯片、水平步进电机、垂直步进电机，从而实现球机云台功能。
[0015]可见光机芯单元采用了日立公司型号为D1-SC221的机芯，最高分辨率1920*1080p，其输出为差分LVDS串行YUV422数据信号。把信号接到FPGA中进行串并转换，转换成并行数据后送入到编码芯片的视频输入端口 O ;
热成像探测器单元包括红外锗镜头、探测器单板，输出为单个像素的RAW数字信号。UFPA (非制冷红外焦平面阵列探测器)选用氧化钒微测辐射热计类型，分辨率为640*480 ;
FPGA单元主要包括一片FPGA、一片FLASH、一片DDR3芯片。选用ALTERA公司型号为5CEFA4M13C7的芯片，共有49K逻辑单元。FPGA完成红外图像算法处理后，送入到编码芯片的另一个视频输入端口 I。本实例中采用N1S II软件工具来实现CPU软核功能，用于云台控制。CPU软核所占用的逻辑资源成本约6元人民币。CPU软核通过UART串口或SPI总线和编解码芯片之间通讯。FLASH用于存储ARM程序，以及热成像算法配置参数。DDR3芯片作为图像算法的缓存。
[0016]ARM和编解码单元采用海思公司型号为Hi3516芯片，可同时支持两路视频编码处理，并封装成以太网报文，通过MII/GMII端口输出。该芯片内部集成了 Cortex A9的ARM，用以整个产品的系统管理及外部通讯。
[0017]以太网PHY芯片完成MAC接口转换为10base-TX以太网网口，把两路视频数据通过网口输出，并提供和外部设备通讯功能。
[0018]云台控制单元包括步进电机驱动芯片及水平方向步进电机、垂直方向步进电机。业界有各类成熟方案，本文不再赘述。
[0019]外部端口包括RJ45网口、音视频输入输出端口、告警输入输出端口、电源输入端口。业界有各类成熟方案，本文不再赘述。
[0020]上述所举实例为为一款双光谱非制冷型网络热像球机硬件方案，性能规格、端口种类不低于业界通用产品。其硬件方案紧凑合理，商业化应用上具有一定的优势。
【主权项】
1.一种双光谱红外热像球机，其特征是由6个部分组成，可见光机芯单元包括可见光镜头、图像传感器、图像处理，用于可见光成像，输出标准RGB数据或BT.1120数据；热成像探测器单元包括红外锗镜头、探测器，用于红外线成像，逐一输出每个像素的数字信号；FPGA单元主要实现两个功能:一是对探测器输出的红外数据进行图像处理；另一功能就是通过FPGA来实现对云台驱动单元控制，即设置球机水平转动或垂直转动；ARM和编解码单元主要完成两个功能:一是对视频流数据和音频流数据进行编码，二是ARM模块可实现整机产品的控制和外部设备通讯；以太网PHY模块完成以太网MAC接口转换为100/1000base-TX网口，从而实现视频流数据传输及整机产品通讯控制功能；云台驱动单元主要包括步进电机驱动芯片、水平步进电机、垂直步进电机，从而实现球机云台功能。2.根据权利要求1所述的双光谱红外热像球机，其特征是所述的FPGA单元支持CPU软核功能，通过CPU软核来实现云台驱动单元控制。3.根据权利要求1所述的双光谱红外热像球技，其特征是所述的FPGA单元包括一片FPGA、一片FLASH、一片DDR3芯片，选用ALTERA公司型号为5CEFA4M13C7的芯片，共有49K个逻辑单元。4.根据权利要求1所述的双光谱红外热像球机，其特征是所述的ARM和编解码单元采用支持至少2路视频编码的芯片。5.根据权利要求1所述的双光谱红外热像球机，其特征是所述的ARM和编解码单元采用海思公司型号为Hi3516芯片。
【专利摘要】本发明设计一种双光谱红外热像球机，由6个部分组成。可见光机芯单元包括可见光镜头、图像传感器、图像处理，用于可见光成像，输出标准RGB数据或BT.1120数据；热成像探测器单元包括红外锗镜头、探测器，用于红外线成像，逐一输出每个像素的数字信号；FPGA单元主要实现两个功能：一是对探测器输出的红外数据进行图像处理；另一功能就是通过FPGA来实现对云台驱动单元控制；ARM和编解码单元4主要完成两个功能：一是对视频流数据和音频流数据进行编码，二是ARM模块可实现整机产品的控制和外部设备通讯；以太网PHY模块完成以太网MAC接口转换为100/1000base-TX网口；云台驱动单元6包括步进电机驱动芯片、水平步进电机、垂直步进电机，从而实现球机云台功能。
【IPC分类】H04N5/33, H04N5/225
【公开号】CN104883481
【申请号】CN201510235464
【发明人】闫树军, 李毅, 陈平山
【申请人】杭州奕霖传感科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月11日