基于HI3559V200的紅外和可見光融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

甘威

摘要：為了適應(yīng)不同的偵查環(huán)境，本文研究分析了一種基于海思HI3559V200的低功耗紅外和可見光融合系統(tǒng)，既可單獨(dú)顯示紅外或者可見光圖像，也可顯示二者融合圖像。使用該方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成像效果優(yōu)秀，國(guó)產(chǎn)化程度高，功耗低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：紅外;可見光;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）05-0173-01

0 引言

紅外圖像表現(xiàn)物體表面溫度分部狀態(tài)，能夠在夜間區(qū)分目標(biāo)和背景，可見光是物體反射可見光所成的像，能夠提供高分辨率和清晰度的細(xì)節(jié)圖像。由于成像原理不同，兩種圖像較好的互補(bǔ)了目標(biāo)場(chǎng)景信息，因此設(shè)計(jì)一套具備單紅外、單可見光、紅外可見光融合的系統(tǒng)更適用于不同的偵查環(huán)境[1，2]。

1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)分為3個(gè)部分，分別為：傳感器部分，主控部分，顯示部分。

傳感器部分分為紅外機(jī)芯和可見光CMOS傳感器。紅外機(jī)芯選用瑞創(chuàng)微納的MicroII640P組件，其探測(cè)器為12um的非制冷紅外焦平面探測(cè)器，分辨率為640*512，典型功耗1.3W?？梢姽釩MOS傳感器選擇索尼的imx274，支持4k輸出。主控部分選用海思的HI3559 V200作為主芯片，具備3840*2160@60fps的編解碼能力，可以同時(shí)采集二路sensor數(shù)據(jù)，支持多種外部接口，搭配外部電路，可實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要求的全部功能，其典型功耗為1W。接口部分包括OLED顯示接口，HDMI接口，GPIO接口，SD卡接口，串口、無線接口等。顯示采用國(guó)產(chǎn)高清OLED（分辨率為1280*1024）。HDMI接口用作外接視頻顯示。SD卡用于存儲(chǔ)擴(kuò)展，確保系統(tǒng)的大容量存儲(chǔ)。串口用來與北斗等外設(shè)通信。無線接口用來傳輸實(shí)時(shí)視頻。

2 關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)使用的紅外與可見光融合算法采用基于多尺度變換的方法，包括如步驟：（1）采集紅外與可見光通道數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行預(yù)處理;（2）對(duì)預(yù)處理好的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以使二者成像視場(chǎng)趨于一致，為了獲得更好的配準(zhǔn)效果，需要在結(jié)構(gòu)上盡量保證配準(zhǔn)準(zhǔn)確;（3）利用對(duì)比度金字塔分解的方法對(duì)配準(zhǔn)圖像進(jìn)行融合處理，生成融合圖像。

HI3559V200處理器支持三種啟動(dòng)方式： SPI NOR Flash、SPI NAND Flash 或 eMMC，因?yàn)閑MMC的兼容性好、速度快、容量大，本設(shè)計(jì)中采用eMMC，啟動(dòng)前把啟動(dòng)配置引腳配置成eMMC啟動(dòng)。本設(shè)計(jì)需要同時(shí)采集二路數(shù)據(jù)，紅外通道通過LVDS采集，原始分辨率為640*512，利用視頻圖形系統(tǒng)VGS，將其放大到1280*1024。在可見光采集的驅(qū)動(dòng)中添加1280*1024分辨率的支持，將二路數(shù)據(jù)的采集大小均設(shè)置為1280*1024。本設(shè)計(jì)將USB WiFi模塊配置為無線接入點(diǎn)（AP模式），允許其他設(shè)備接入，不需要路由器，用戶使用無線智能終端連接即可顯示圖像。

用戶程序使用海思的媒體處理軟件平臺(tái)MPP構(gòu)建，該平臺(tái)對(duì)應(yīng)用軟件屏蔽了芯片相關(guān)的復(fù)雜的底層處理，并對(duì)應(yīng)用軟件直接提供MPI接口完成相應(yīng)功能。VI模塊捕獲視頻圖像，可對(duì)其做縮放，輸出1280*1024圖像數(shù)據(jù)。解碼模塊對(duì)編碼后的視頻碼流進(jìn)行解碼，并將解析后的圖像數(shù)據(jù)送VPSS進(jìn)行圖像處理，再送VO顯示。VPSS模塊接收VI和解碼模塊發(fā)送過來的圖像，用于視頻預(yù)覽、編碼，同時(shí)在此模塊中，可以實(shí)現(xiàn)圖像算法，紅外與可見光融合即在此處完成。VO模塊接收VPSS 處理后的輸出圖像，可進(jìn)行播放控制等處理，疊加用戶通過Region模塊設(shè)置的OSD圖像，顯示畫面分割線、時(shí)間等信息，包括菜單、進(jìn)度條等GUI界面，最后按照配置輸出給外圍視頻設(shè)備。

3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

本系統(tǒng)在室外成像，顯示效果如圖2、3、4所示。主要性能指標(biāo)：功耗 4W;焦距 40mm;NETD≤50mK;視場(chǎng)角 16*13°;幀頻 30Hz;出瞳距離 16mm;外形尺寸 175*125*68mm;工作溫度-40-65℃。

4 結(jié)語

基于HI3559V200的紅外和可見光融合系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化程度高、功耗低、實(shí)用性強(qiáng)。但是本系統(tǒng)還不夠智能化，隨著海思更強(qiáng)芯片的推出，有更多人工智能算法實(shí)現(xiàn)，將極大拓展行業(yè)應(yīng)用?；诤Ｋ夹酒募t外成像處理平臺(tái)將成為行業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 祝清瑞，湯心溢，李爭(zhēng)，等.基于全可編程SOC的高速紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].激光與紅外，2016（12）：1491-1495.

[2] 劉智嘉，賈鵬，夏寅輝，等.基于紅外與可見光圖像融合技術(shù)發(fā)展與性能評(píng)價(jià)[J].激光與紅外，2019（5）：633-640.