本發(fā)明涉及紅外熱成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)器制造工藝的不斷成熟，越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)器在民用及軍用市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。紅外探測(cè)器在管殼內(nèi)部集成了半導(dǎo)體熱電制冷器（英文：thermoelectriccooler，簡(jiǎn)稱：tec），該紅外探測(cè)器需要外部tec控制器對(duì)紅外探測(cè)器焦平面上的像元進(jìn)行制冷或加熱，從而使得紅外探測(cè)器內(nèi)部傳感器維持在一個(gè)穩(wěn)定的溫度點(diǎn)，對(duì)紅外探測(cè)器的tec控制策略直接影響紅外探測(cè)器焦平面響應(yīng)靈敏度以及圖像輸出質(zhì)量。紅外探測(cè)裝備由于其特殊的成像機(jī)理，在開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)存在一定的開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間，在這段時(shí)間里系統(tǒng)處于初始化過(guò)程中，紅外探測(cè)器焦平面的tec控制處在一種不確定狀態(tài)，從而導(dǎo)致紅外探測(cè)器焦平面瞬間溫升過(guò)快，溫度反復(fù)震蕩，導(dǎo)致焦平面發(fā)熱量巨大，直接影響了后續(xù)的熱成像質(zhì)量。

本文提到的紅外探測(cè)器指采用國(guó)產(chǎn)氧化釩探測(cè)器的單兵手持式非制冷紅外裝備、車(chē)載非制冷紅外裝備以及各種空軍、海軍非制冷紅外裝備。國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)器的特點(diǎn)：核心器件均采用國(guó)產(chǎn)氧化釩探測(cè)器，該探測(cè)器需要外部的tec電路控制。

現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)器均需要外部tec控制器對(duì)探測(cè)器焦平面進(jìn)行溫度控制，使探測(cè)器各像元保持在一個(gè)恒定的溫度狀態(tài)，從而能保證探測(cè)器輸出的圖像能保持良好的均勻性?，F(xiàn)階段，tec控制器主要采用專用的tec控制芯片以及tec控制芯片與處理器協(xié)同處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。tec控制器以及tec的軟件控制策略直接影響著紅外探測(cè)器裝備的成像質(zhì)量的優(yōu)劣。

而目前國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)裝備開(kāi)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中探測(cè)器焦平面溫升過(guò)快，開(kāi)機(jī)穩(wěn)定過(guò)程中焦平面溫度反復(fù)震蕩，開(kāi)機(jī)穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，直接導(dǎo)致探測(cè)器輸出圖像非均勻性較差，熱成像圖像質(zhì)量下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)及方法，其目的是用于紅外探測(cè)裝備開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)抑制紅外焦平面溫度異常，避免紅外焦平面因溫升過(guò)高以及溫度震蕩等導(dǎo)致紅外圖像輸出異常。所述技術(shù)方案如下：

第一方面，提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括紅外焦平面探測(cè)器、半導(dǎo)體熱電制冷器tec控制器、tec供電電路、處理器和系統(tǒng)電源，其中：

該系統(tǒng)電源分別與該tec供電電路以及該處理器電性連接，該處理器與該tec供電電路的使能端電性連接，該tec供電電路與該tec控制器的使能端電性連接，該處理器還與該tec控制器的輸入端電性連接，該tec控制器與該紅外焦平面探測(cè)器電性連接。

通過(guò)將處理器與tec供電電路的使能端進(jìn)行電連、將tec供電電路與tec控制器的使能端進(jìn)行電連，從而使得處理器與tec供電電路、tec控制器協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器焦平面的溫度控制。

可選的，控制系統(tǒng)還包括用于感應(yīng)紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境溫度以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度的溫度傳感器，溫度傳感器與處理器電性連接。

通過(guò)對(duì)溫度傳感器的設(shè)置，可以實(shí)時(shí)獲取感應(yīng)紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境溫度以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度的溫度傳感器并傳遞給處理器，以便處理器判定是否開(kāi)啟tec供電電路控制策略，從而能更好的保證控制時(shí)機(jī)。

第二方面，提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，該方法應(yīng)用于第一方面提供的抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)中，該方法包括：

在該抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電時(shí)，該處理器進(jìn)行初始化操作，該tec供電電路上與該處理器連接的使能端被拉低，該tec供電電路向該tec控制器輸出的使能電壓為零；

當(dāng)該處理器初始化完成后，該處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓，該tec供電電路開(kāi)始向該tec控制器輸出使能電壓，該tec控制器開(kāi)始對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行溫度控制。

進(jìn)一步的，該處理器進(jìn)行初始化操作，包括：

該處理器內(nèi)的fpga模塊先進(jìn)行上電初始化操作；

在該fpga模塊初始化完成后，對(duì)該處理器內(nèi)部的niosii軟核進(jìn)行上電初始化操作；

在該niosii軟核上電初始化完成后，對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器的運(yùn)行控制中心occ配置數(shù)據(jù)進(jìn)行搬運(yùn)、對(duì)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器sdram進(jìn)行初始化操作。

進(jìn)一步的，當(dāng)該處理器初始化完成后，該處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓，包括：

在該處理器初始化完成后，且在該處理器接收到該紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境信息以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度信息后，該處理器拉高該tec供電電路的使能端。

進(jìn)一步的，在該tec控制器開(kāi)始對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行溫度控制之后，該方法還包括：

在該紅外焦平面探測(cè)器的溫度穩(wěn)定后，該控制器開(kāi)始對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行時(shí)序驅(qū)動(dòng)，對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器輸出的原始圖像進(jìn)行采集、對(duì)采集的原始圖像進(jìn)行預(yù)定處理，對(duì)預(yù)定處理后的圖像進(jìn)行編碼并輸出。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本申請(qǐng)可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)效果至少包括：通過(guò)將處理器與tec供電電路的使能端進(jìn)行電連、將tec供電電路與tec控制器的使能端進(jìn)行電連，從而使得處理器根據(jù)預(yù)定控制策略控制tec供電電路向tec控制器供電的時(shí)機(jī)，保證紅外探測(cè)裝備在開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備的過(guò)程中，開(kāi)機(jī)電流穩(wěn)定，探測(cè)器焦平面溫度恒定，保證了探測(cè)器各像元保持在一個(gè)恒定的溫度狀態(tài)，不致使紅外焦平面瞬間溫升過(guò)快、溫度震蕩等異常導(dǎo)致紅外圖像質(zhì)量下降，從而能輸出質(zhì)量較高的熱成像圖像。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

此處的附圖被并入說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，示出了符合本發(fā)明的實(shí)施例，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是本發(fā)明根據(jù)一示例性實(shí)施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明根據(jù)一示例性實(shí)施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書(shū)中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)裝備在開(kāi)機(jī)工作時(shí)，開(kāi)機(jī)瞬時(shí)電流過(guò)大，探測(cè)器焦平面存在發(fā)熱量過(guò)大，溫度異常的情況，導(dǎo)致開(kāi)機(jī)探測(cè)器溫升過(guò)快輸出圖像質(zhì)量變差。

針對(duì)于此，本發(fā)明提供了一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，其可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)紅外探測(cè)裝備在開(kāi)機(jī)工作時(shí)開(kāi)機(jī)電流穩(wěn)定，防止探測(cè)器焦平面溫度上升過(guò)快，從而保證探測(cè)器輸出穩(wěn)定清晰的熱成像圖像。

請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示，其是本發(fā)明根據(jù)一示例性實(shí)施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)包括紅外焦平面探測(cè)器110、tec控制器120、tec供電電路130、處理器140、系統(tǒng)電源150和溫度傳感器160，其中：

系統(tǒng)電源150分別與tec供電電路130以及處理器140電性連接，分別為tec供電電路130和處理器140供電。

處理器140與tec供電電路130的使能端電性連接，控制tec供電電路130工作的時(shí)機(jī)。

tec供電電路130與tec控制器120的使能端電性連接，控制tec控制器120工作的時(shí)機(jī)。

處理器140還與tec控制器120的輸入端電性連接，控制tec控制器120執(zhí)行相應(yīng)操作。

tec控制器120與紅外焦平面探測(cè)器110電性連接，為紅外焦平面探測(cè)器110上的像元加熱或制冷。

溫度傳感器160與處理器140電性連接，溫度傳感器160用于感應(yīng)紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境溫度信息以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度信息，并將感應(yīng)到的環(huán)境溫度信息和溫度信息發(fā)送給溫度傳感器160。

在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，tec控制器可以選用adi公司的adn8830，adn8830是一種具有高輸出效率的tec控制器，它采用一半開(kāi)關(guān)輸出，一半線性輸出的方式h橋方式，可以同時(shí)控制tec電流的方向和大小，更重要的是它有一個(gè)輸出使能端，通過(guò)控制輸出使能端的電壓供給可以有效的控制adn8830的輸出使能。tec控制器的mosfet選擇具有較低的開(kāi)關(guān)阻抗，可以有效地阻止電源的損耗和提高開(kāi)關(guān)效率。這里mos管可以選擇fairchild公司的fdw2520c，是n溝道的mos管，最大容許電流為6a,開(kāi)關(guān)阻抗只有18mω。

tec供電電路可以采用具有多路輸出的ldo芯片，ldo芯片的選擇要求應(yīng)具有每一路供電都可以獨(dú)立使能。這里tec供電電路選用的是ti公司的tps65251芯片，該芯片具有三路電壓輸出，并且每一路都可以獨(dú)立使能，從而保證與軟件算法的協(xié)同處理。

處理器采用cycloneiv的ep3c40芯片，這是一款低功耗的fpga處理芯片，tps65251的tec電壓控制的使能端接入fpga芯片管腳。

上述tec控制器、tec供電電路以及處理器的選用僅是一種示例性舉例，在實(shí)際應(yīng)用中，還可以選用其他的型號(hào)，本實(shí)施例對(duì)此不進(jìn)行限定。

下面結(jié)合圖1所示的控制系統(tǒng)以及圖2，對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊种萍t外焦平面溫度異常的控制方法進(jìn)行舉例說(shuō)明。

圖2是本發(fā)明根據(jù)一示例性實(shí)施例提供的一種抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法的流程圖，該抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法應(yīng)用于圖1所示的控制系統(tǒng)中，該方法包括如下步驟：

步驟201，在抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電時(shí)，處理器進(jìn)行初始化操作，tec供電電路上與處理器連接的使能端被拉低，tec供電電路向tec控制器輸出的使能電壓為零。

處理器在進(jìn)行初始化操作的過(guò)程中，可以包括對(duì)處理器內(nèi)多個(gè)模塊的初始化，比如包括如下初始化操作過(guò)程：

s1、處理器內(nèi)的fpga模塊先進(jìn)行上電初始化操作；

s2、在該fpga模塊初始化完成后，對(duì)處理器內(nèi)部的niosii軟核進(jìn)行上電初始化操作；

s3、在該niosii軟核上電初始化完成后，對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器的運(yùn)行控制中心occ配置數(shù)據(jù)進(jìn)行搬運(yùn)、對(duì)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器sdram進(jìn)行初始化操作。

一般來(lái)講，在抑制紅外焦平面溫度異常的控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電后，紅外探測(cè)器的焦平面、fpga均處于上電初始化過(guò)程中，tec供電電路的使能端被接入fpga，上電初始化過(guò)程中被拉低，此時(shí)tec供電電路輸出使能電壓為零。

在系統(tǒng)上電時(shí)，fpga先進(jìn)行初始化操作（fpga初始化、nios初始化以及數(shù)據(jù)搬運(yùn)等），由于tec供電電路的電壓輸出使能端接入fpga，在初始化過(guò)程中使能端被拉低，tec供電電路對(duì)tec控制器的電壓輸出為零（此電壓是tec控制器的輸出使能電壓），此時(shí)tec控制器未對(duì)探測(cè)器焦平面進(jìn)行溫度控制，此時(shí)探測(cè)器的溫度應(yīng)同環(huán)境溫度基本保持一致。

步驟202，當(dāng)處理器初始化完成后，處理器拉高該tec供電電路上與處理器連接的使能端的電壓，tec供電電路開(kāi)始向tec控制器輸出使能電壓，tec控制器開(kāi)始對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行溫度控制。

當(dāng)處理器初始化完成后，處理器拉高該tec供電電路上與該處理器連接的使能端的電壓。也就是說(shuō)，在處理器初始化完成后，且在處理器接收到該紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境溫度信息以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度信息后，根據(jù)環(huán)境溫度信息以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度信息選擇相應(yīng)的tec控制策略，當(dāng)tec控制策略生效后，處理器拉高該tec供電電路的使能端。這里處理器接收到的紅外焦平面探測(cè)器的環(huán)境溫度信息以及紅外焦平面探測(cè)器的溫度信息是由溫度傳感器感應(yīng)后發(fā)送給處理器的。

當(dāng)fpga初始化完成并讀取到探測(cè)器環(huán)境溫度和探測(cè)器溫度后，內(nèi)部tec控制策略生效，此時(shí)拉高tec供電電路的使能端，tec控制器開(kāi)始對(duì)探測(cè)器焦平面進(jìn)行溫度控制，加上與外部低開(kāi)關(guān)阻抗的mos管的協(xié)同處理，探測(cè)器焦平面在極短的時(shí)間內(nèi)溫度處在一個(gè)相對(duì)恒定的狀態(tài)中（tec控制策略中規(guī)定的溫度點(diǎn)），有效的避免了探測(cè)焦平面溫度的過(guò)快上升以及反復(fù)震蕩，從而保證探測(cè)器具有較好的輸出圖像質(zhì)量。

在tec控制器開(kāi)始對(duì)紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行溫度控制之后，該方法還包括圖像處理輸出的過(guò)程，比如，在紅外焦平面探測(cè)器的溫度穩(wěn)定后，控制器開(kāi)始對(duì)該紅外焦平面探測(cè)器進(jìn)行時(shí)序驅(qū)動(dòng)，對(duì)紅外焦平面探測(cè)器輸出的原始圖像進(jìn)行采集、對(duì)采集的原始圖像進(jìn)行預(yù)定處理，對(duì)預(yù)定處理后的圖像進(jìn)行編碼并輸出。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的抑制紅外焦平面溫度異常的控制方法，通過(guò)巧妙利用了硬件電路中tec控制器的使能輸出選擇、tec供電電路的使能選擇以及同軟件tec控制算法的策略結(jié)合，從而保證焦平面溫度快速處在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)中。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說(shuō)明書(shū)及實(shí)踐這里發(fā)明的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限制。