一种F#可调的全国产大面阵制冷型红外成像机芯组件的制作方法

本发明属于红外成像，具体涉及一种f#可调的全国产大面阵制冷型红外成像机芯组件。

背景技术：

1、红外成像技术由上世纪二战后兴起，是蓬勃发展的军用高新技术，在国防军事，工农业生产和商业民用领域发展迅速并取得广泛应用。随着技术的发展，红外成像技术在各个领域的应用越来越受到人们的重视，发挥着举足轻重的作用。可以说红外成像技术的发展水平是衡量一个国家国防能力和工业化信息化水平的重要指标之一。

2、红外成像的基本原理是通过镜头聚焦，红外探测器将目标物体的热量信息转换成电信号，机芯组件将此电信号转换、处理为图像信息并输出到显示终端。随着技术的发展上述的基本成像功能已经不能满足日新月异的应用需求，红外成像机芯组件也随之不断改进和升级，在大面阵、全国产化、低噪声驱动电路设计、成像参数调整等复杂技术领域进行了广泛的拓展。

3、传统的红外成像机芯组件的处理系统架构为dsp+fpga为核心开展硬件设计，凭借dsp较强的运算能力和数据处理能力，配合fpga流水线和并行处理机制，能够很好实现红外成像的非均匀校正、坏元替代、视频输出等主要功能。此架构的主要优势在于处理器功能强大，能够实现复杂的数据处理算法，缺点在于集成度低、功耗高、电路体积庞大。目前随着国产可编程逻辑器件的快速发展，采用单fpga即可完成所有处理功能，大幅降低了硬件平台体积和功耗。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：设计一种f#可调的全国产大面阵制冷型红外成像机芯组件。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种f#可调的全国产大面阵制冷型红外成像机芯组件，包括：探测器信号读出与调理模块、预处理电路模块、电机驱动模块和供电系统模块；

5、其中，所述探测器信号读出与调理模块用于为探测器提供模拟电源、数字电源和偏置电压，并将探测器的模拟信号进行放大、噪声抑制，为后续预处理电路模块对图像的处理提供基础；

6、由探测器信号读出与调理模块放大后的模拟图像信号再经过差分运放转换为差分信号后经预处理电路模块的模数转换芯片a/d转换为数字图像信号，预处理电路模块对数字图像信号进行图像预处理，包括根据电机驱动模块调用的非均匀校正参数实现对数字图像信号的非均匀性校正，对数字图像信号的坏元替代，增益和偏置控制处理，并输出pal模拟视频，同时按照lvds格式向机芯组件的后级处理系统提供数字图像信号，相应的程序代码存储在预处理电路模块的flash中，与用户的交互式控制由串口完成；

7、所述电机驱动模块通过位置传感器控制探测器冷屏开孔直径大小，实现探测器的f#切换，积分时间可覆盖4ms-13ms，同时根据探测器f#切换结果以及从串口接收的光阑位置信息，调用适当的非均匀校正参数，以适应复杂环境；

8、所述供电系统模块为机芯组件整体提供电源，包括对探测器信号读出与调理模块的供电、对预处理电路模块和电机驱动模块供电。

9、优选地，所述探测器输出的信号首先输入探测器信号读出与调理模块的跟随运放cpa8042s-a，再由探测器信号读出与调理模块的差分运放sf207将跟随运放cpa8042s-a输出的单端模拟图像信号转为差分输出，同时根据一定的比例关系将差分输出信号放大得到调理后的差分模拟数字信号，探测器信号读出与调理模块再将调理后的差分模拟图像信号传输到预处理电路模块进行a/d转换及图像预处理，输出pal模拟视频，预处理电路模块中，差分模拟图像信号在进入模数转换芯片之前还进行一次低通滤波。

10、优选地，来自探测器信号读出与调理模块的差分模拟信号经过预处理电路模块中16bit的差分ad b9653e转换为数字信号后输入到预处理电路模块中的fpga进行图像预处理，fpga选用复旦微k7系列fpga芯片jfm7k325t8-n；预处理电路模块中的flash存储器选用深圳国微公司生产的qspi型nor flash芯片sm25qh01gmp；预处理电路模块中的ddr3选用深圳国微公司生产的sm41j128m16m；预处理电路模块中的rs422串口模块选用成都华微公司的hwd3490maa；预处理电路模块的lvds接口中电58所生产的jmx9247，可对18位视频数据和9位控制信号进行并串转换。

11、优选地，所述预处理电路模块采用宽温多元去耦非均匀性校正标定技术实现对数字图像信号的非均匀性校正，具体方法如下：

12、非均匀性校正公式如下：

13、y(tr)＝k1(tr)k2(t)x(tr,te,t)+b1(tr)+b2(te)

14、式中：y(tr)—非均匀性校正后的图像；

15、x(tr,te,t)—校正前的红外图像；

16、k1(tr)、k2(t)、b1(tr)、b2(te)依次为预设的与场景温度tr、积分时间t、tr、环境温度te相关的非均匀性校正参数，通过数据标定，将探测器输出的原始图像xout的非均匀性降低，实现复杂宽温条件下的高均匀度成像，并通过遍历工作条件所需的场景温度tr和环境温度te，实现场景温度和环境温度的全覆盖。

17、优选地，所述供电系统模块的电源芯片选取dc-dc电源sm4644mpy，其多路输出之间通过pgood引脚控制上电顺序，对探测器的偏压提供和供电均采取dac与运放的组合方式实现，以应对探测器有上电顺序和电压可调的要求；同时对adc、dac、运放采取ldo供电。

18、优选地，所述机芯组件共四块电路板，总重量小于120g，能实现红外成像、图像处理、lvds图像输出、pal模拟视频输出，支持三种f#切换。

19、优选地，所述机芯组件的接口预留一定的ram和rom。

20、本发明还提供了一种所述机芯组件的工作方法。

21、本发明还提供了一种所述机芯组件在红外成像技术领域中的应用。

22、本发明还提供了一种所述方法在红外成像技术领域中的应用。

23、(三)有益效果

24、1、本发明提供了一种f#可调的全国产大面阵制冷型红外成像机芯组件，共四块电路板，总重量小于120g，能实现红外成像、图像处理、lvds图像输出、pal模拟视频输出，支持三种f#切换等多种功能，100％全国产，系统轻小简便且具有实用性。

25、2、本发明遵循通用化、系列化、模块化的“三化”原则，对机芯组件对外电气接口、供电电压、通信协议等开展“三化”设计，同时，根据功能划分将机芯组件划分为四块电路板，后期可根据需求进行微调以适用不同规格的红外探测器组件。

26、3、算力预留，兼顾扩展。本发明依据红外机芯组件的技术发展方向，在架构组成和接口约束条件下，适当扩充红外机芯组件的算力设计，预留一定的ram和rom，为硬件模块新技术应用提供支撑。

27、4、红外探测器需要驱动电路提供模拟、数字信号才能正常工作，驱动电路性能直接影响探测器输出模拟信号的性能。高性能驱动电路不仅提供给红外探测器的模拟和数字驱动信号，还对红外探测器输出的微弱信号进行滤波和增强，本发明设计了使用多平台的低噪声放大驱动技术，对红外探测器的模拟输出信号进行硬件增强，最大限度地发挥了红外探测器的性能。