[发明专利]一种异构多核的红外图像处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外图像的传输、处理与显示技术，具体来说是一种异构的红外图像处理系统及方法。它主要利用全可编程平台Zynq，以其片内的双核ARM处理器为核心，配以可编程逻辑，构建了一种异构多核的红外图像处理系统，用于红外成像探测系统中红外图像的实时处理与显示。

背景技术

红外成像探测系统通过红外探测器获得目标的红外图像，然后对红外图像进行预处理和目标检测，最后将目标图像输出到显示屏用于显示观测。实时性好、处理能力强的红外图像处理系统是红外成像探测系统的关键技术。

以往的红外图像处理系统的典型架构如下：红外探测器输出图像至FPGA，在FPGA完成图像的预处理(非均匀性校正、图像增强等)，然后FPGA将预处理完的图像传输至DSP，实现目标检测，最后将图像传送到主机用于显示。这种传统的FPGA+DSP+PC的架构，硬件设计比较复杂，系统也不容易小型化。FPGA和DSP芯片级互联的带宽往往是整个系统的瓶颈，对于高速大数据量的红外图像处理系统，实现起来会比较困难。而且整个架构以DSP为核心，没有统一的总线接口，系统模块的集成与扩展有一定局限性。

因此，设计一种体积小、高吞吐量、具有强大实时处理能力、总线接口统一便于集成的红外图像处理系统非常必要。本发明采用全可编程平台Zynq,以其片内的双核ARM处理器为核心，配以可编程逻辑，构建了一种异构多核的红外图像处理系统，该架构降低了硬件设计难度，提供了足够的片内带宽，消除了芯片互联的带宽瓶颈，同时系统采用统一的AXI总线标准，结构简洁，模块设计简便灵活，可维护性好，通用性强。

发明内容

本发明的目的在于提出一种红外图像处理系统架构及方法，实现红外图像数据的高速传输、处理和显示。

本发明所采用的硬件平台主要包括：一片全可编程芯片Zynq，一片DDR3SDRAM，一片SD卡，一片视频驱动芯片和一台显示器。

所述的全可编程芯片Zynq包含双核ARM处理器以及可编程逻辑；所述的DDR3SDRAM容量在512MB-16GB之间，数据总线不超过32位；所述的SD卡容量不小于4GB，采用FAT32文件系统；所述的视频驱动芯片具有HDMI输出以及通用的寄存器控制接口；所述的显示器带有HDMI接口，支持720p@60Hz视频格式；

各个硬件组成部分的连接关系是：红外探测器输出经模数转换后与全可编程芯片Zynq的可编程逻辑部分连接；可编程逻辑部分的逻辑以模块IP的形式通过AXI总线连接到全可编程芯片Zynq的片内ARM处理器；ARM处理器通过内部集成的控制器控制外围设备。

所述的异构多核的红外图像处理系统，其图像信号处理方法如下：

1利用Zynq片内的可编程逻辑，产生红外探测器的驱动时序和电机的控制信号，控制红外探测器输出，同时构建片内缓存，用于接收模数转换后的数字图像信号。

2图像处理算法利用可编程逻辑实现。图像从外部存储器中读入，经硬件处理后，利用视频直接存储器访问方式传递给视频驱动芯片用于显示。

3以Zynq片内的双核ARM处理器为核心，搭建红外图像处理系统。其中在CPU0上运行Linux操作系统，实现各个硬件IP的驱动，并在用户空间利用Qt实现系统的图形用户界面，用于人机交互和控制。而CPU1则直接运行裸机程序，主要是为了实时的响应串口命令和各种软硬件中断，实现系统参数的在线设置。除此之外，CPU1还通过I2C接口初始化视频驱动芯片，使其能够正确的显示图像。

本发明的显著特点如下：

1.采用全可编程平台Zynq，降低了硬件的设计难度，大大缩小了系统体积。

2.消除了芯片级互联所产生的带宽瓶颈，增加了系统对高速大数据量的实时处理能力。

3.构建了异构多核的红外图像处理系统，两个ARM核和可编程逻辑各自分工不同，协同工作，使得系统有更高的并行效率。

4.利用可编程逻辑实现模块IP的设计以及图像处理算法的硬件加速，使得系统的通用性非常强大。

附图说明

图1是异构多核红外图像处理系统的系统架构框图。

图2是异构多核红外图像处理系统的软件架构框图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1是异构多核红外图像处理系统的系统架构框图。本发明所采用的硬件平台主要包括，一片全可编程芯片Zynq，一片DDR3SDRAM，一片SD卡，一片视频驱动芯片和一台显示器。