[发明专利]一种红外热成像热点检测告警装置及告警方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外热成像技术和数字图像处理技术，尤其涉及红外热成像技术和图像处理技术在火点检测及定位方面的应用，具体涉及一种基于FPGA的红外热成像热点检测告警装置及告警方法。

背景技术

近年来，红外热成像技术在森林防火预警系统中得到广泛应用，有效预防了森林火灾的发生。红外热成像仪利用红外探测器、光学成像镜头，接收被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的热敏元上。由探测器将红外辐射能转换成电信号，进而得到物体的表面热分布相应的热像图。

红外热成像仪输出PAL等复合视频信号和LVDS接口信号，通过LVDS接口输出12位或者14位的原始热成像数据。由连接在红外热成像仪之后的图像处理设备利用红外图像处理技术对图像数据采集并处理。图像数据属于二维数组，对其处理所需要的计算复杂度高。

DSP数字图像处理芯片能够完成一些复杂的图形图像计算，但其接口不够灵活，而且DSP要完成图像数据采集需要LVDS转换电路实现差分信号的转换或与FPGA共同完成，增加了电路复杂度。在复合视频信号上叠加热点外接矩形框虽然可用DSP本身的OSD功能，但是需要首先对红外热像仪的复合视频进行解码，这又增加了电路的复杂度。DSP对12位以上像素数据的处理对其也是一种挑战。同时，DSP对图像的处理采用串行处理方式，降低了图像的处理速度，不能满足一些实时性要求高的嵌入式应用场合。

发明内容

为了实现原始图像数据的采集处理和在红外热像仪复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框，克服DSP处理器的不足，本发明提供了一种集成度高、电路简单、处理速度快的基于FPGA的红外热成像热点检测告警装置及告警方法。

本发明采用的技术方案是：

一种红外热成像热点检测告警装置，包括：红外热成像摄像机、智能分析板卡。

红外热成像摄像机，用于生成原始图像，并输出复合视频信号和LVDS信号。

智能分析板卡，接收来自红外热成像摄像机的复合视频信号和LVDS信号，用于完成LVDS信号的分析处理，同时将复合视频信号传输给显控终端，当智能分析板卡分析LVDS信号检测到告警目标时，智能分析板卡在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框后将复合视频信号传输给显控终端，同时将告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值输出给显控终端，以在显控终端显示告警目标位置。

进一步的，智能分析板卡包括：FPGA、字符叠加电路、串行配置电路、SDRAM存储器、串行通信电路。

FPGA，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，完成对LVDS信号的分析处理，当FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，通过串行通信电路发送告警目标个数和告警目标外接矩形框坐标值给显控终端；FPGA还接收来自字符叠加电路的行场同步信号，输出字符控制信号给字符叠加电路。

字符叠加电路，接收来自红外热成像摄像机复合视频信号，并生成行场同步信号发送给FPGA；当FPGA分析LVDS信号检测到告警目标时，字符叠加电路在字符控制信号下在复合视频信号上叠加告警目标外接矩形框，然后输出叠加了告警目标外接矩形框的复合视频信号给显控终端。

串行配置电路，与FPGA的串行存储EPCS单元连接，用于存储FPGA配置数据、用户程序映像及系统参数数据；系统参数包括包括二值化阈值、尖角数目阈值、告警目标大小范围、告警串口反馈开关、告警框叠加开关和最多告警目标数量。

SDRAM存储器，与FPGA的SDRAM控制单元连接，作为软件程序运行空间和图像存储空间。

串行通信电路，与FPGA的异步串口UART单元连接，还与显控终端连接，实现TTL信号电平与RS232信号电平之间的转换。

进一步的， FPGA包括图像采集预处理单元、OSD单元、NIOSII微处理器单元、SDRAM控制单元、Avalone总线单元、异步串口UART单元、串行存储EPCS单元、定时器Timer单元。

图像采集预处理单元，采用硬件描述语言以硬件方式实现，并采用自定义外设连接在Avalone总线单元上，接收来自红外热成像摄像机的LVDS信号，用于将LVDS信号处理成热点目标与图像背景分离的二值化图像数据，并将二值化图像数据通过Avalone总线单元以DMA方式写到SDRAM控制单元控制的的外部SDRAM存储器中，完成二值化图像数据写操作后以发送中断信号给NIOSII微处理器单元。