由于探測器本身固有的特性和惡劣外界環境成像條件，紅外熱圖像普遍存在目標與背景對比度較差、圖像邊緣模糊、噪聲較大等缺點。對成像質量差的紅外圖像進行增強并進一步進行目標識別是紅外熱像應用領域的客觀需要。因此成像系統中必須要完成圖像的非均勻校正、降噪增強等處理算法，這就要求系統具有高速和大數據量的處理能力。

針對現在常用的多種類型紅外焦平面陣列，綜合系統成本和性能兩方面的考慮，設計出了一種基于數字信號處理器（DSP）和現場可編程門陣列器件（FPGA）的通用紅外焦平面成像系統。系統通過FPGA把用戶程序轉換為數字電路的邏輯控制，實現了軟件和硬件很好地融合圓。通過向DSP的I／O空間寫不同控制字，可實現對不同的IRFPA進行數據采集，從而使系統具有較好的通用性和靈活性。

1系統的硬件結構及實現原理

一個完整的圖像采集系統不但要具備圖像信號的采集功能，還要求能對圖像進行存儲、顯示和處理。同時，系統還必須滿足通用性和可擴展性的要求。因此系統采用聞亭公司的DSP2621PA數字信號處理板和PC機構成了通用紅外圖像采集系統。DSP2621PA高速信號處理板以TI公司的TMS320C6201型DSP及在線可編程的FPGA為核心，還配置了高速大容量的同步存儲器、雙路A仍等器件，可以方便用戶進行二次開發。系統的硬件功能框圖如圖1所示，DSP芯片作為數據核心處理單元，FPGA作為系統數據采集的控制部分。

系統的實現原理：由IRFPA輸出的成像模擬信號首先經外圍預處理電路進行濾波并調整成模數轉換器（ADC）所需要的電平，然后在FPGA的控制下經高速A／D轉換為數字圖像信號，并將采集到的圖像數據存放到雙口RAM中。當AD轉換數據寫滿雙口RAM時，FPGA向DSP發出一個中斷信號，DSP響應中斷后，通過DMA方式傳送到DSP片內存儲器或外存儲器（SBSRAM、SDRAM）中。如此循環，直至采滿一幀圖像。采完一幀圖像后，DSP執行圖像非均勻校正算法及圖像處理算法，并將處理后數據送入顯示設備進行圖像顯示。

2系統的邏輯控制設計

由于目前國內外所用的紅外焦平面輸出信號不通用，不同紅外焦平面陣列芯片的數據采集控制部分的控制電路一般也不一致。為提高系統的通用性，本系統采用Xilinx公司的FPGA器件XCS20/30XL實現邏輯控制。

FPGA在系統邏輯控制中主要有如下幾個功能：實現系統的啟動與停止；實現數據采集，并把AD轉換后的數據送到DSP的存儲器中；實現與存儲器的接口。系統的邏輯控制電路如圖2所示。

2．1系統的啟動與停止電路

在系統中通過向DSP的I／O空間寫控制字的指令來實現對采集系統啟動與停止控制。控制電路如圖3所示。當向DSP的I/O口寫的控制字的DO位為‘1’時，ENA=‘1’，從而使能系統中的功能邏輯電路，并使AD轉換器開始工作。類似地，D0=‘0’時，ENA=‘0’，系統中功能邏輯單元被復位，AD轉換器的啟動信號ADST被置‘0’，AD轉換停止，系統停止工作。

2．2數據采集部分

該部分主要由像元計數電路、行計數電路、存儲器地址產生及存儲器接口電路組成，這些電路由計數器、邏輯門、

D觸發器、多路復用器等組成。像元計數電路主要產生AD轉換所需要的啟動信號并對圖像每一行的像元計數，當采完

圖像一行像元時，電路重新開始計數，直至采完一幅圖像。如圖4所示。行計數電路主要作用是對圖像進行行計數并產

生采集完一幀數據后的中斷信號，其電路設計和點計數電路類似。

為了能實現對不同的N×M元紅外焦平面圖像進行采集，在像元計數、行計數電路中均采用了八位計數器和四路復用器組合的設計方法。圖4中，多路復用器的控制端sl和s2分別和DSP數據總路線的的d1和d2位相連，當S0=0，sl=0時，電路計數64個elk，一行就采集“個像元。同理行計數電路計數64行，這樣就能完成64x 64像元的圖像采集。類似地，當S0=0，sl=l時，系統采集的是128×128圖像；當s0=l，sl=0時，系統實現256×256的圖像采集。這樣在啟動DSP時，通過向DSP的的空間寫不同控制字就可以方便地采集不同類型的圖像，而不需要改變CPLD中的邏輯設計，因而系統的靈活性和通用性比較高。

2．3存儲器接口電路

該部分主要的功能是產生存儲器的讀寫及片選信號，產生存儲器的地址。電路設計比較簡單，就不再敘述了。

3 系統的軟件設計

系統的軟件主要包括DSP主程序、中斷服務子程序、數據顯示以及FPGA邏輯控制中的VHDL語言的編程（主要是計數器）。FPGA發出的中斷與DSP的外部中斷INT7相連，．用于實現DSP的中斷取數。當外部中斷信號來到時，DSP響應中斷，執行中斷服務程序，完成圖像的采集。

為了盡可能地提高系統的通用性，結合系統的邏輯設計，在DSP程序設計中通過選擇不同的控制字，便可實現對不同圖像的采集，程序設計采用C語言和匯編語言混合編程的方法，DSP主程序主要作用是：系統初始化；AD轉換器的啟動與停止的控制；等待中斷的產生。中斷服務子程序的主要作用是響應中斷并實現數據搬移。DSP主程序及中斷響應服務程序如下（讀取一幀圖像）：

4 實驗結果及結論

系統設計成功后：分別使用不同面陣的圖像傳感器進行實驗，在不改變硬件設計的情況下，均獲得了較為清晰的圖像。

圖5是采集到的256X256的紅外圖像。

通過實驗表明，該系統設計靈活，通用性較強，實驗結果較為滿意。