阅读说明：本技术 一种手持式热像仪及手持式热像仪快速出图方法 (Handheld thermal imager and rapid production method thereof ) 是由 陈�峰 胡晓明 卢清晓 于 2018-05-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种手持式热像仪及手持式热像仪快速出图方法。所述手持式热像仪包括：红外热成像传感器(1)；模数转换模块(2)；FPGA芯片(3)；显示屏和DSP芯片(5)；所述FPGA芯片(5)用于接收来自所述DSP芯片(5)的8bit数字视频信号；所述显示屏直接与所述FPGA芯片(3)连接；其中,当FPGA芯片(5)没有检测到来自所述DSP芯片的数字视频信号时,所述FPGA芯片(5)读取存储的8Bit数字视频信号；将读取出的数字视频信号在所述显示屏上显示。在本发明的手持式热像仪中,在DSP芯片没有启动时,通过FPGA芯片直接驱动显示屏进行出图。从而,能够实现快速出图。(The invention discloses a handheld thermal imager and a rapid production method of the handheld thermal imager. The handheld thermal imager includes: an infrared thermal imaging sensor (1); an analog-to-digital conversion module (2); an FPGA chip (3); a display screen and a DSP chip (5); the FPGA chip (5) is used for receiving an 8bit digital video signal from the DSP chip (5); the display screen is directly connected with the FPGA chip (3); when the FPGA chip (5) does not detect the digital video signal from the DSP chip, the FPGA chip (5) reads the stored 8-Bit digital video signal; and displaying the read digital video signal on the display screen. In the handheld thermal imager, when the DSP chip is not started, the display screen is directly driven by the FPGA chip to produce images. Thus, a quick drawing can be realized.)

一种手持式热像仪及手持式热像仪快速出图方法

技术领域

本发明涉及红外检测仪技术领域，特别是涉及一种手持式热像仪及手持式热像仪快速出图方法。

背景技术

手持式热像仪设备广泛用于电力、消防、观察、医疗等领域，并且基本都配备OLED屏或者触摸屏。手持式热像仪设通常使用DSP芯片来直接驱动 OLED屏，以在OLED屏上进行图像预览等显示，以辅助实现录像、拍照等功能。由于DSP芯片及其关联电路启动需要几十秒甚至更长时间，再加上DSP芯片的配置时间，导致开机后需要等待几分钟甚至更长的时间，屏幕上才能出现图像预览，开机时间过长，用户体验差。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手持式热像仪；本发明的目的还在于提供一种手持式热像仪快速出图方法。在本发明中，快速出图是指在手持式热像仪上电后在较短时间出图，在诸如OLED屏等的屏幕上显示图像，以改善用户体验。例如，实现在上电5S内在OLED屏上预览实时图像。

换句话说，本发明所解决的技术问题为提供一种拥有快速出图功能的手持式热像仪，或者提供一种能够实现快速出图功能的用于手持式热像仪的快速出图方法。

为实现上述目的，本发明提供一种手持式热像仪，所述手持式热像仪包括：红外热成像传感器；模数转换模块；FPGA芯片；显示屏和DSP芯片，其中，

所述红外热成像传感器用于获取目标场景的图像信息，输出模拟视频信号；

所述模数转换模块与所述红外热成像传感器和FPGA芯片连接,用于接收来自所述红外热成像传感器的模拟视频信号并输出14bit的数字视频信号；

所述FPGA芯片与所述显示屏和所述DSP芯片连接，用于接收来自所述DSP 芯片的8bit数字视频信号；

所述显示屏直接与所述FPGA芯片连接，以接收并显示来自所述FPGA芯片的8Bit数字视频信号；

其中，当FPGA芯片没有检测到来自所述DSP芯片的数字视频信号时，所述FPGA芯片读取存储的8Bit数字视频信号；将读取出的数字视频信号进行分辨率缩放处理；将缩放处理后的视频信号在所述显示屏上显示。

优选地，所述FPGA芯片对所述14bi数字视频信号进行ISP处理，所述 ISP处理包括非均匀校正和图像自动增益控制；其中，图像自动增益控制实现 14bit视频信号到8bit视频信号的自适应映射，所述FPGA芯片对ISP处理后的8bit数字视频信号进行存储。

优选地，所述FPGA芯片将存储的8bit数字视频信号以外同步格式的8bit 数字视频信号输出给DSP芯片进行处理；所述DSP芯片对所述8bit数字视频信号进行处理，并输送回FPGA芯片，由所述所述FPGA芯片进一步处理后发送至显示屏进行显示。

优选地，所述手持式热像仪进一步包括辅助模组，所述辅助模组与所述 DSP芯片连接，且包括：6轴陀螺仪模块、WIFI模块、USB模块和GPS模块。

优选地，所述显示屏包括OLED屏和/或CVBS屏。

优选地，所述模数转换模块独立于所述外热成像传感器和FPGA芯片设置，且所述模数转换模块连接在所述外热成像传感器和FPGA芯片之间；或者

所述模数转换模块集成在所述外热成像传感器内，或者集成在所述FPGA 芯片内。

优选地，在手持式热像仪上电后，所述FPGA芯片首先从外部存储器中将开机LOGO搬到FPGA芯片内置的存储空间中，用于开机状态的显示，等显示屏配置完成后，将开机LOGO输送至显示屏。

优选地，用于DSP芯片输出数据的缓存空间为FPGA芯片内置的存储空间，且用于开机LOGO缓存的存储空间和用于DSP芯片输出数据的缓存空间为共享的存储空间。

优选地，在开机LOGO显示5S后，将数据流切换到所述FPGA芯片存储的经过ISP处理后的8bit数字视频信号，然后经过OLED缩放模块、CVBS缩放模块以及射表叠加模块后，将所述经过ISP处理后的8bit数字视频信号直接传输到显示屏上显示。

本发明还提供一种手持式热像仪快速出图方法，所述手持式热像仪包括红外热成像传感器；FPGA芯片；OLED屏和/或CVBS屏；以及DSP芯片，其中，

所述红外热成像传感器用于获取目标场景红外图像信息，并与FPGA芯片连接，以将目标场景的图像信息传送给所述FPGA芯片；

所述OLED屏和/或CVBS屏直接与所述FPGA芯片连接，以接收并显示所述FPGA芯片处理后的图像信息；

所述DSP芯片直接与所述FPGA芯片连接，以和所述FPGA芯片进行信号交互，对图像信息进行OSD信息叠加，

所述快速出图方法包括下述步骤：

步骤1，开机后，在等待所述FPGA芯片配置红外热成像传感器和OLED 屏和/或CVBS监视器时，显示开机LOGO；

步骤2，在所述FPGA芯片配置完红外热成像传感器LOGO和OLED屏和/ 或CVBS监视器后，直接将FPGA芯片处理后的数据输出给OLED屏和/或CVBS 监视器进行实时图像显示；

步骤3，在DSP芯片启动并配置完毕后，FPGA芯片与DSP芯片交互，共同处理图像信息，将经DSP芯片叠加OSD后的图像信息传输回FPGA芯片，再在OLED屏和/或CVBS屏上进行叠加OSD后的实时图像显示。

在本发明的手持式热像仪中，在DSP芯片没有启动完成时，通过FPGA芯片直接驱动显示屏进行出图，在DSP芯片启动后，DSP芯片将菜单等OSD信息叠加在图像上，再发送给显示屏进行显示。从而，能够实现快速出图。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的手持式热像仪的示意性系统框图。

图2为FPGA芯片信号流图。

图3为FPGA芯片数据流选择流程。

附图标记：

具体实施方式

在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1为根据本发明一实施例的手持式热像仪的示意性系统框图。图示的手持式热像仪包括：红外热成像传感器1；FPGA芯片3；显示屏和DSP芯片5。

所述显示屏直接与所述FPGA芯片3连接，以接收并显示经所述FPGA芯片3处理后的图像信息。需要指出的是，所述图像信号还包括开机LOGO。所述显示屏“直接”与所述FPGA芯片3连接，是指在显示屏与FPGA芯片3没有设置DSP芯片5。也就是说，DSP芯片5的信号通过FPGA芯片3传输至显示屏。

现有技术中一般为DSP芯片与OLED屏连接，通过DSP芯片直接驱动OLED 屏，这样就必须等待DSP芯片启动后才能实现出图。

而在本发明中，在DSP芯片没有启动时，能够通过FPGA芯片直接驱动OLED 屏进行出图(此时只有单纯的图像，没有菜单等OSD信息)，等待DSP启动后， DSP将菜单等OSD信息叠加在图像上，再发送给FPGA，然后FPGA发送给OLED 进行显示。具体而言，当FPGA芯片5没有检测到来自所述DSP芯片的数字视频信号时，所述FPGA芯片5读取存储的8Bit数字视频信号；将读取出的数字视频信号进行分辨率缩放处理；将缩放处理后的视频信号在所述显示屏上显示。

显示屏用于图像数据显示。图示的显示屏同时包括OLED屏4和CVBS屏7。在一个备选实施例中，显示屏仅仅包括OLED屏4。在另一个备选实施例中，仅仅包括CVBS屏7。在再一个实施例中，显示屏还可以为触控屏等。

OLED显示屏是利用有机电致发光二极管制成的显示屏。OLED显示屏具备自发光有机电激发光二极管，从而具有下述特点：不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单。

CVBS屏是能够显示CVBS复合视频信号的显示屏。CVBS复合视频信号是所有需要生成视频信号的成分组合在同一信号中的信号。CVBS屏7用于CVBS 图像信息输出。

OLED屏4是设备上的一个显示屏，CVBS屏7(或CVBS监视器)主要是指显示CVBS信号的显示器，类似电脑显示屏。OLED屏4和CVBS屏7是相互独立的显示器，但是显示的图像是一样的。

红外热成像传感器1用于获取目标场景的图像信息(更具体为红外图像信息)，可以采用任何适当的红外热成像传感器。红外热成像传感器1与FPGA 芯片3连接，以将图像信息传送给所述FPGA芯片3。在图示实施例中，红外热成像传感器1与FPGA芯片3之间设置有模数转换模块，从而，传输给FPGA 芯片3的信号为数字化的信号。

在一个备选实施例中，所述手持式热像仪进一步包括独立于所述外热成像传感器1和FPGA芯片3设置的模数转换模块2，所述模数转换模块2连接在所述外热成像传感器1和FPGA芯片3之间。在一个备选实施例中，所述手持式热像仪进一步包括集成在所述外热成像传感器1和/或所述FPGA芯片3 内的模数转换模块2。

DSP芯片5的主要用途是和FPGA芯片3进行信号交互，对图像信息进行处理以及OSD信息叠加；以及对外部GPS、WIFI、USB、陀螺仪等外设进行控制。

所述DSP芯片5与所述FPGA芯片3连接，以和所述FPGA芯片3进行信号交互，对图像信息进行OSD信息叠加。OSD指在屏幕上显示信息。通过按Menu 键后，在屏幕上显示各项需要调节的信息，通过菜单对设备的各项功能进行调节和显示，实现对设备的功能操作和显示。

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。DSP芯片一般具有如下主要特点：

(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；

(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

(7)可以并行执行多个操作；

(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

DSP芯片5还与辅助模组连接。辅助模组包括：6轴陀螺仪模块61、WIFI 模块62、USB模块63、GPS模块64。GPS模块64用于给出设备当前经纬度。6 轴陀螺仪模块61用于给出设备当前姿态。WIFI模块62用于视频、图片、控制信号无线传输。USB模块63用于U盘数据传输。需要指出的是，可以根据增减辅助模组。

FPGA芯片3主要用于对红外热成像传感器输出的信号，进行信号处理；配置OLED屏以及和DSP芯片交互，实现OLED屏与CVBS屏的图像显示。FPGA 芯片3对红外热成像传感器输出的信号的处理例如包括3D降噪、非均匀校正、图像自动增益控制等。

在发明中，FPGA芯片3可以是单个的芯片，也可以是一个芯片组，包括多个相互连接的芯片。

在一个备选实施例中，所述FPGA芯片包括：ISP处理模块、图像存储模块、缓存模块和数据流选择模块。所述ISP处理模块接收并处理来自红外热成像传感器的图像信息，并将处理后的图像信息传送至图像存储模块，图像存储模块对经过处理ISP后的图像信息(8bit数字视频信号，未叠加OSD信息) 进行存储，并将存储的图形信息输送至DSP芯片。所述缓存模块接收经DSP 芯片叠加OSD信息后的图像信息。所述数据流选择模块择一地将所述缓存模块或所述图像存储模块内的图像信息输送至所述显示屏。所述ISP处理模块、图像存储模块、缓存模块和数据流选择模块可以是相互独立的物理单元，并通过线路连接起来进行数据与控制指令的传递。此外，所述ISP处理模块、图像存储模块、缓存模块和数据流选择模块还可以是虚拟的模块，实际上融合在一个物理单元中，通过执行不同的程序片段而实现各模块的相应功能。

所述FPGA芯片3检测所述DSP芯片5的启动状态，在所述DSP芯片5处于未启动状态时，所述FPGA芯片3直接独立处理图像信息并将处理后的图像信息发送给显示屏(步骤A或第一显示方式)；在所述DSP芯片5处于已启动状态时，所述FPGA芯片3与所述DSP芯片5交互，共同处理图像信息，并将共同处理后的图像信息发送给显示屏(步骤B或第二显示方式)。

在一个备选实施例中，步骤A或第一显示方式包括：

步骤A1：所述FPGA芯片3采集14bit图像信息(14bit数字视频信号)；

步骤A2：所述FPGA芯片3对所述14bit图像信息进行ISP处理，所述 ISP处理包括非均匀校正和图像自动增益控制；

步骤A3：所述FPGA芯片3对ISP处理后的图像信息进行图像存储；

步骤A4：所述FPGA芯片3将图像存储后的图像信息进行缩放处理并传输到所述显示屏进行显示。

在一个备选实施例中，所述步骤B或第二显示方式包括：

步骤B1：所述FPGA芯片3采集14bit图像信息(14bit数字视频信号)；

步骤B2：所述FPGA芯片3对所述14bit图像信息进行ISP处理，所述 ISP处理包括非均匀校正和图像自动增益控制；

步骤B3：所述FPGA芯片3对ISP处理处理后的图像信息(8bit数字视频信号)进行图像存储；

步骤B4：所述FPGA芯片3将图像存储处理后的图像信息(8bit数字视频信号)以外同步格式的8bit图像信息输出给DSP芯片5进行处理；

步骤B5：所述DSP芯片5对所述8bit图像信息(8bit数字视频信号) 进行处理，并输送回FPGA芯片3；

步骤B6：所述FPGA芯片3将DPS芯片5处理后的图像信息(叠加OSD 的14bit数字视频信号)进行缩放处理并传输到所述显示屏进行显示。

在一个实施例中，在手持式热像仪上电后，所述FPGA芯片首先从外部存储器中将开机LOGO搬到FPGA芯片内置的存储空间中，用于开机状态的显示，等显示屏配置完成，将开机LOGO输送至显示屏。在本发明中，外部存储器是指设置在FPGA芯片之外的存储器。外部存储器可以为任何适当的存储器，在一个备选实施例中，所述外部存储器为闪存。闪存对应的英文名称是"Flash Memory"，一般简称为"Flash"，它属于内存器件的一种，是一种非易失性 (Non-Volatile)内存。闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异：目前各类DDR、SDRAM或者RDRAM都属于挥发性内存，只要停止电流供应内存中的数据便无法保持，因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存。闪存在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据，其存储特性相当于硬盘，从而读入速度快。

优选地，用于开机LOGO缓存的存储空间和缓存DSP芯片输出数据的存储空间为共享的存储空间。也就是说，用于DSP芯片(5)输出数据的缓存空间为FPGA芯片(3)内置的存储空间，且所述存储空间的用于开机LOGO缓存的部分(存储区域)和用于DSP芯片输出数据缓存的部分(存储区域)设置为同一个存储区域。

优选地，在开机LOGO显示5S后，将数据流切换到图像存储模块中缓存的数据，然后经过OLED缩放模块、CVBS缩放模块以及射表叠加模块后，将图像信息传输到显示屏上显示。

本发明还提供一种用于手持式热像仪的快速出图方法。所述手持式热像仪包括红外热成像传感器1；FPGA芯片3；OLED屏4和/或CVBS屏7；以及DSP 芯片5。

所述红外热成像传感器1用于获取目标场景红外图像信息，并与FPGA芯片3连接，以将目标场景的图像信息传送给所述FPGA芯片3。

所述OLED屏4和/或CVBS屏7直接与所述FPGA芯片3连接，以接收并显示所述FPGA芯片3处理后的图像信息；

所述DSP芯片5与所述FPGA芯片3连接，以和所述FPGA芯片3进行信号交互，对图像信息进行OSD信息叠加，

所述快速出图方法包括下述步骤：

步骤1，开机后，在等待所述FPGA芯片3配置红外热成像传感器1时，在OLED屏4和/或CVBS监视器7(其配置较快)上显示开机LOGO(即开机画面，或开机图像，也称为开机LOGO画面)；

步骤2，在所述FPGA芯片3配置完红外热成像传感器LOGO和OLED屏4 和/或CVBS监视器7后，直接将FPGA芯片3处理后的数据输出给OLED屏4 和/或CVBS监视器7进行实时图像显示；

步骤3，在DSP芯片5启动并配置完毕后，FPGA芯片3与DSP芯片5交互，共同处理图像信息，将经DSP芯片5叠加OSD后的图像信息传输回FPGA 芯片3，再在OLED屏4和/或CVBS屏7上进行叠加OSD后的实时图像显示。

在本发明的手持式热像仪中，在DSP芯片没有启动时，通过FPGA芯片直接驱动显示屏进行出图(此时只有单纯的图像，没有菜单等OSD信息)，在DSP 芯片启动后，DSP芯片将菜单等OSD信息叠加在图像上，再发送给显示屏进行显示。从而，能够实现快速出图。

下面结合图2和图3说明本发明的快速出图方法。步骤1：视频实时采集，并转换为14bit图像信息，获取场景信息。

通过红外热成像传感器1对外界场景进行信号采集，经过模数转换模块 2，将红外热成像传感器1采集的模拟视频信号转换为14bit图像信息，将转换后的数字视频输出给FPGA芯片3进行预处理。

步骤2：FPGA芯片3与DSP芯片5交互，完成OLED屏4和CVBS屏7 显示数据流的切换，完成快速出图。

FPGA芯片首先采集模数转换模块2转换后的14bit图像信息；然后对该 14bit图像信息进行ISP处理(图像信号处理)，主要有非均匀校正以及图像自动增益控制算法。非均匀校正主要为解决探测器响应度不一致而导致红外图像的非均匀性，从而提高图像输出的质量。自动增益控制算法能够实现14bit 视频信号到8bit视频信号的自适应映射，从而使图像更好地在显示器上呈现。

图像存储处理后，一路以外同步格式的8bit图像信息输出给DSP进行处理。然后FPGA会开始进行数据流的选择，当未检测到DSP给FPGA的数据流时，将图像存储后的8bit图像信息经过OLED缩放模块、CVBS缩放模块以及射表叠加模块后，将图像信息传输到OLED和CVBS监视器上显示。这时候的图像只有场景实时预览，没有任何OSD信息，完成快速出图预览。

需要指出的是，处理后的8bit视频信号可能还需要进行图像冻结，以保证在打调零片时用户也能够看到稳定的图像。FPGA芯片的图像冻结模块会在打调零片的前一帧开始传送数据，然后等打调零片动作完成后再将图像往 FPGA芯片内置的存储空间里写，以存储图像。

当FPGA芯片检测到DSP数据流后，将DSP芯片叠加OSD信息后的8bit 图像信息，再经过OLED缩放模块、CVBS缩放模块以及射表叠加模块后，将图像信息传输到OLED和CVBS监视器上显示，这时候的图像预览，在实时场景预览的前提下，还拥有OSD信息，可以调用菜单和功能选择等信息。

对于FPGA数据流选择，具体过程如下。设备上电后，FPGA芯片首先从 FLASH中将开机LOGO搬到FPGA芯片内置的存储空间中，用于开机状态的显示。由于在显示完开机LOGO后，DSP芯片最小系统还在启动，需要经过几十秒才能将图像输出给FPGA，所以将用于开机LOGO缓存的存储空间和缓存DSP芯片输出数据的存储空间进行共享。通过该处理能够节省外部SRAM的存储资源。而且共用存储地址，读出开机LOGO和读出DSP芯片输出图像的方式，还可以节省FPGA芯片的片上资源。

等OLED屏配置完成，将开机LOGO读出，然后分两路输出显示：一路经过OLED缩放模块完成384*288到1024*768的缩放，缩放的数据叠加射表，然后按照OLED要求的格式输出显示；一路经过CVBS缩放模块完成384*288到 720*576的缩放，同样也要完成射表的叠加，叠加完的图像按照BT656格式输出显示。开机LOGO显示5S后，将数据流切换到图像存储模块中缓存的数据，然后经过OLED缩放模块、CVBS缩放模块以及射表叠加模块后，将图像信息传输到OLED屏和CVBS监视器上显示。

等DSP芯片将叠加OSD信息的8bit图像信息传回FPGA芯片时，FPGA芯片对DSP芯片输出的内同步图像数据进行转换，转换成外同步信号后将数据缓存到FPGA芯片内置的存储空间中。FPGA芯片在监测到DSP数据，并且缓存到 FPGA芯片内置的存储空间中后，将数据流切换到DSP处理后数据，然后将该数据经过OLED缩放、CVBS缩放模块以及射表叠加模块处理后，传输到OLED 屏和CVBS监视器上显示。

本发明的手持式热像仪采用FPGA+DSP+OLED的架构。开机后，等待FPGA 芯片配置红外热成像传感器和OLED屏时，显示开机画面。在FPGA芯片配置完红外热成像传感器和OLED屏后，直接将FPGA芯片处理后的数据输出给OLED 屏、CVBS监视器，进行实时图像显示。在DSP芯片启动并配置完毕后，将DSP 芯片叠加OSD后的图像信息传输回FPGA芯片，再在OLED屏和CVBS监视器上进行叠加OSD后的实时图像显示。从而，本发明的手持式热像仪可以实现设备 5S内快速实时图像预览，提升手持式热像仪开机启动时间。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。