[發明專利]一種異構多核的紅外圖像處理系統及方法

無效

• 申請號: 201310326632.2
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103412619A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王宇;湯心溢;張承泓;羅易雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G06F1/16
• 分類號: G06F1/16;G06F9/44
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及紅外圖像的傳輸、處理與顯示技術，具體來說是一種異構的紅外圖像處理系統及方法。它主要利用全可編程平臺Zynq，以其片內的雙核ARM處理器為核心，配以可編程邏輯，構建了一種異構多核的紅外圖像處理系統，用于紅外成像探測系統中紅外圖像的實時處理與顯示。

背景技術

紅外成像探測系統通過紅外探測器獲得目標的紅外圖像，然后對紅外圖像進行預處理和目標檢測，最后將目標圖像輸出到顯示屏用于顯示觀測。實時性好、處理能力強的紅外圖像處理系統是紅外成像探測系統的關鍵技術。

以往的紅外圖像處理系統的典型架構如下：紅外探測器輸出圖像至FPGA，在FPGA完成圖像的預處理(非均勻性校正、圖像增強等)，然后FPGA將預處理完的圖像傳輸至DSP，實現目標檢測，最后將圖像傳送到主機用于顯示。這種傳統的FPGA+DSP+PC的架構，硬件設計比較復雜，系統也不容易小型化。FPGA和DSP芯片級互聯的帶寬往往是整個系統的瓶頸，對于高速大數據量的紅外圖像處理系統，實現起來會比較困難。而且整個架構以DSP為核心，沒有統一的總線接口，系統模塊的集成與擴展有一定局限性。

因此，設計一種體積小、高吞吐量、具有強大實時處理能力、總線接口統一便于集成的紅外圖像處理系統非常必要。本發明采用全可編程平臺Zynq,以其片內的雙核ARM處理器為核心，配以可編程邏輯，構建了一種異構多核的紅外圖像處理系統，該架構降低了硬件設計難度，提供了足夠的片內帶寬，消除了芯片互聯的帶寬瓶頸，同時系統采用統一的AXI總線標準，結構簡潔，模塊設計簡便靈活，可維護性好，通用性強。

發明內容

本發明的目的在于提出一種紅外圖像處理系統架構及方法，實現紅外圖像數據的高速傳輸、處理和顯示。

本發明所采用的硬件平臺主要包括：一片全可編程芯片Zynq，一片DDR3SDRAM，一片SD卡，一片視頻驅動芯片和一臺顯示器。

所述的全可編程芯片Zynq包含雙核ARM處理器以及可編程邏輯；所述的DDR3SDRAM容量在512MB-16GB之間，數據總線不超過32位；所述的SD卡容量不小于4GB，采用FAT32文件系統；所述的視頻驅動芯片具有HDMI輸出以及通用的寄存器控制接口；所述的顯示器帶有HDMI接口，支持720p@60Hz視頻格式；

各個硬件組成部分的連接關系是：紅外探測器輸出經模數轉換后與全可編程芯片Zynq的可編程邏輯部分連接；可編程邏輯部分的邏輯以模塊IP的形式通過AXI總線連接到全可編程芯片Zynq的片內ARM處理器；ARM處理器通過內部集成的控制器控制外圍設備。

所述的異構多核的紅外圖像處理系統，其圖像信號處理方法如下：

1利用Zynq片內的可編程邏輯，產生紅外探測器的驅動時序和電機的控制信號，控制紅外探測器輸出，同時構建片內緩存，用于接收模數轉換后的數字圖像信號。

2圖像處理算法利用可編程邏輯實現。圖像從外部存儲器中讀入，經硬件處理后，利用視頻直接存儲器訪問方式傳遞給視頻驅動芯片用于顯示。

3以Zynq片內的雙核ARM處理器為核心，搭建紅外圖像處理系統。其中在CPU0上運行Linux操作系統，實現各個硬件IP的驅動，并在用戶空間利用Qt實現系統的圖形用戶界面，用于人機交互和控制。而CPU1則直接運行裸機程序，主要是為了實時的響應串口命令和各種軟硬件中斷，實現系統參數的在線設置。除此之外，CPU1還通過I2C接口初始化視頻驅動芯片，使其能夠正確的顯示圖像。

本發明的顯著特點如下：

1.采用全可編程平臺Zynq，降低了硬件的設計難度，大大縮小了系統體積。

2.消除了芯片級互聯所產生的帶寬瓶頸，增加了系統對高速大數據量的實時處理能力。

3.構建了異構多核的紅外圖像處理系統，兩個ARM核和可編程邏輯各自分工不同，協同工作，使得系統有更高的并行效率。

4.利用可編程邏輯實現模塊IP的設計以及圖像處理算法的硬件加速，使得系統的通用性非常強大。

附圖說明

圖1是異構多核紅外圖像處理系統的系統架構框圖。

圖2是異構多核紅外圖像處理系統的軟件架構框圖。

具體實施方式

下面根據附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

圖1是異構多核紅外圖像處理系統的系統架構框圖。本發明所采用的硬件平臺主要包括，一片全可編程芯片Zynq，一片DDR3SDRAM，一片SD卡，一片視頻驅動芯片和一臺顯示器。