[发明专利]一种基于fpga的双光谱高速相机

说明书

本发明涉及一种基于fpga的双光谱高速相机，本包括：红外传感器、可见光传感器、由I2C接口实现的串行通信主从机接口、图像处理装置和图像实时显示装置。利用I2C接口工作时序来写cmos传感器内部的寄存器，并控制cmos传感器的曝光、自动白平衡开启关闭、帧率和/或分辨率。基于红外的高感光特性cmos传感器提高成像速度实现高帧率高速；利用cmos传感器采用全局曝光模式，实现对高速物体移动的拍摄不会有畸变的影响。

技术领域

本发明涉及高速相机技术领域，具体涉及一种基于fpga的双光谱高速相机。

背景技术

电子技术的发展，在上世纪90年代出现了多光谱相机。这种以面阵互补金属氧化物半导体(互补金属氧化物半导体，CMOS)或者以高速电耦合器件(C CD)作为图像传感器，以大容量集成电路存储芯片作为存储价值的多光谱相机可以将图像信息数字化，避免了胶片的繁琐处理过程，可以实现测试中的实时显示的瞬间信息，拍摄完再将图像信息传到pc，在进行数据分析，这样可以减少实验的循环时间，充分展示了数字化的优越性。国内自主研发光谱相机多以CCD感光器件的居多，最多可达到100fps，一般不具备相机自身存储能力，常用于工业领域的生产线检测，国内相机速度相对较低，无法在分辨率和拍摄速度两方面同时满足高端应用场合需求，水平有待提高。

论文《高清高速CMOS相机系统设计》所提出设计的高清高速相机系统是基于美国ALEXIMA公司所研发的一款高性能CMOS图像传感器AM41V4，在此基础上，使用Xilinx公司的Virtex-6型FPGA作为系统的控制核心，DDR3动态存储器作为成像暂存器，配合DVI显示接口进行图像抽帧显示，采用Camera Link接口作为系统相机接口来进行图像数据传输。该论文所提方案主要基于fpga上实现高分辨率的图像数据采集，并没有实现高速红外的采集以及后期红外和可见光的图像处理部分。

论文《红外热成像系统实现及其图像增强技术研究》针对图像的非均匀性、盲元及图像模糊问题,设计红外热成像系统的实现方案,并实现了其中的图像细节增强算法。但是该方案并未实施高速高帧率的方案。

此外，现有的红外相机主要来源于传统的dsp或者arm开发平台，无法实现高速的图像实时处理，基于fpga上的高速相机也是最近发展起来的，但也都是基于可见光部分的高速高分辨率，并没有相关的基于fpga上的红外高速相机。

发明内容

一种基于fpga的双光谱高速相机，包括：

红外传感器，实现红外光的光电转换；

可见光传感器，实现可见光的光电转换；

I2C接口，所述红外传感器和所述可见光传感器通过I2C接口与图像处理装置实现串行通信；

图像处理装置，所述图像处理装置基于fpga实现，并接收所述红外传感器和所述可见光传感器的视频输出，实现红外光谱和可见光谱的实时显示和融合；

图像实时显示装置，对所述图像处理装置的处理结果进行dvi或者hdmi或者VGA的实时显示。

优选地，所述红外传感器和所述可见光传感器是cmos图像传感器，并采用全局曝光的快门模式。

优选地，利用I2C接口工作时序来写cmos传感器内部的寄存器，并控制cmos传感器的曝光、自动白平衡开启关闭、帧率和/或分辨率。

优选地，所述图像处理装置包括实时图像处理装置、arm处理器和色彩空间转换模块；

优选地，所述实时图像处理装置实现红外光谱和可见光谱的视频融合和直方图操作，输出高速图像信息；

优选地，所述arm处理器进行所述高速图像信息的存储，通过32位AXI转RGB模块将所述高速图像信息输出至色彩空间转换模块；