[發明專利]基于光纖通信的紅外數字圖像采集和傳輸系統及方法

在審

• 申請號: 201410748321.X
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104539886A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 代具亭;湯心溢;劉鵬;張昊;楊轉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N7/22
• 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：

本發明涉及紅外數字圖像的傳輸和顯示，具體來說是一種基于光纖通信的紅外數字圖像采集和傳輸系統及方法。它主要用于紅外成像探測設備產生數字圖像的遠程采集、傳輸和實時顯示。

背景技術：

紅外成像探測器可將紅外輻射轉換成電信號，然后電信號被模數轉換并經過預處理后即為紅外數字圖像。通常紅外成像探測器需要有全向空域的實時探測能力，因此紅外探測器需要360度的旋轉，而數據采集、接收裝置為固定體，因此需要實時地將旋轉體上產生的數據高速高可靠地傳輸到固定體上。而最初采用的電刷和導電環的實現方式，會引入很大的信號噪聲，不適合傳輸高速的數據信號。

以往數據采集系統緩存設計多采用乒乓緩存，這需要兩片SDRAM，這無形中增加了采集、傳輸系統設備的體積和復雜度。同時以往的數據采集系統多采用PCI總線與主機連接。但其不支持熱插拔，也不利于做成便攜式設備，應用普及程度遠不及USB接口那么廣泛。

因此，設計一種高速率、高可靠性，便攜式紅外數字圖像采集系統、傳輸非常必要。采用光纖傳輸旋轉體和固定體間數據可避免引入信號噪聲，同時用一片SDRAM模擬一個大容量FIFO以及用USB接口與主機連接可簡化電路結構。

發明內容：

本發明的目的在于提出一種基于光纖通信的紅外數字圖像采集和傳輸系統及方法，實現紅外數字圖像的高速、高可靠性傳輸、處理和顯示，實現了實際工程中不僅要求電路結構簡單，又要求高速、可靠地的傳輸數據的目標。

為實現上述目的，本發明所采用的硬件平臺主要包括：主機，光纖接收端和光纖發送端。

各個硬件部分需要滿足：所述的主機為具有USB2.0接口的計算機。所述的光纖接收端包括一片FPGA，一片USB2.0控制器芯片，一片SDRAM，一個光纖接收模塊以及外圍電路；其中，所述的FPGA具有塊存儲器模塊；所述的USB2.0控制器芯片具有一個連接主機的USB2.0接口、一個連接外部設備的從器件FIFO接口和兩個可設置輸入輸出方向的IO引腳；所述的SDRAM具有8M字節存儲容量和8位數據總線；所述的光纖接收模塊為一個光纖接插件和一片串并轉換芯片組成的光纖接收電路模塊；USB2.0控制器芯片、SDRAM和光纖接收模塊均和FPGA直接連接。所述的光纖發送端包括一片FPGA，一個光纖發送模塊以及外圍電路接口；其中，所述的FPGA具有塊存儲器模塊；所述的光纖發送模塊為一個光纖接插件和一片并串轉換芯片組成的光纖發送電路模塊；所述的外圍電路接口為LVDS接口；光纖發送模塊和外圍電路接口均和FPGA直接連接；

各個硬件組成的連接關系是：主機和光纖接收端通過USB2.0傳輸線纜連接；光纖接收端和光纖發送端通過光纖連接；光纖發送端和紅外探測器通過LVDS接口連接。

本發明具體實施的流程如下：

步驟1：光纖發送端FPGA配置光纖發送模塊時鐘，并將檢測到的圖像數據打包后存入內建FIFO緩存；

步驟2：光纖發送端FPGA從內建FIFO緩存中讀取數據并通過光纖發送模塊發送；

步驟3：光纖接收端FPGA配置光纖接收模塊時鐘，接收光纖數據并檢測其圖像幀頭；

步驟4：按照采集窗口命令，將接收到的圖像數據裁剪后存入內建輸入FIFO緩存中；

步驟5：SDRAM控制單元按照優先級算法輪換機制決定對SDRAM的讀寫操作，不斷將內建的輸入FIFO緩存中數據依次讀出并寫入到SDRAM中，或者將SDRAM中數據依次讀出并寫入到內建輸出FIFO緩存中，使得SDRAM與內建輸入FIFO緩存和輸出FIFO緩存組合成一個大容量FIFO；

步驟6：圖像數據發送模塊讀內建輸出FIFO緩存中數據并寫入到USB2.0控制器芯片的從器件FIFO中；

步驟7：通過固件程序設計將USB2.0控制芯片配置成從器件FIFO、控制傳輸模式，建立一個DMA傳輸通道同時可將主機發送的控制命令通過IO口模擬IIC協議方式發給光纖接收端FPGA；

步驟8：主機通過USB2.0接口讀USB2.0控制器芯片的從器件FIFO中數據，并可通過USB2.0接口發送采集窗口等控制命令；

步驟9：光纖接收端FPGA內的IIC從設備接口模塊，根據IIC協議，接收USB2.0控制器芯片發送的控制命令，并將其存入命令寄存器。

在步驟5中所述的優先級算法輪換機制具體步驟如下：

(5-1)：初始化對SDRAM寫具有高優先級；

(5-2)：檢查讀或者寫SDRAM是否完成，完成轉到(5-3)；