PolarFire SoC FPGA SoM上的熱成像流水線內(nèi)核

Digital Core Technologies（DCT）在PolarFire? SoC FPGA上開發(fā)了熱成像流水線。熱圖像信號處理器（ISP）是其他架構(gòu)中可用的熱成像的極低功耗但功能強大的替代方案。這可以針對各種應(yīng)用進行調(diào)整，例如安全/監(jiān)視、醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)監(jiān)控、氣體檢測等。該管道旨在CMSV_A1_PF254_AX DCT的SoM上運行。該SoM搭載PolarFire? SoC FPGA，MPFS250T，64位多核RISC-V? CPU子系統(tǒng)處理器，板載FPGA結(jié)構(gòu)，DRAM，EMMC閃存和Wi-Fi?系統(tǒng)，并在Linux?操作系統(tǒng)（OS）上運行。

熱成像相機紅外傳感器

熱像儀通常檢測電磁光譜（約9-14μm）的長波紅外（LW-IR）范圍內(nèi)的輻射，并產(chǎn)生熱輻射的可見圖像。由于所有溫度高于絕對零度的物體都會發(fā)射紅外輻射，因此這些相機可以在有或沒有可見光照明的情況下看到一個人的環(huán)境。紅外熱像儀使溫暖的物體在較冷的背景下脫穎而出;所有溫血動物在環(huán)境中都很容易看到，無論白天還是黑夜。

熱成像攝像機廣泛用于國防和民用應(yīng)用。在國防領(lǐng)域，它們主要用于夜視應(yīng)用，如槍械現(xiàn)場和監(jiān)控攝像頭。民用應(yīng)用包括工業(yè)檢查應(yīng)用、駕駛輔助和醫(yī)療診斷。消防員使用熱成像技術(shù)看穿煙霧。維護技術(shù)人員使用熱成像來定位過熱接頭以及電源線和機器的部分。建筑施工技術(shù)人員可以看到熱特征，表明隔熱故障中的熱泄漏，并可以利用結(jié)果來提高供暖和空調(diào)的效率。

熱像儀最重要的部分是紅外傳感器。帶有“非制冷微測輻射熱計”的焦平面陣列傳感器是目前用于熱成像的最流行的技術(shù)。帶有前端電子電路的傳感器稱為相機核心，它實際上構(gòu)成了熱成像攝像機的核心。

在熱成像熱像儀中，重要部件是熱（IR）傳感器和帶有成像ISP的電子核心。內(nèi)核捕獲和調(diào)節(jié)來自傳感器的像素數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為表示圖像幀的數(shù)字流。圖像處理管道轉(zhuǎn)換適合人類視覺的幀流。

超低功耗圖像信號處理器

圖像處理通常是一項計算密集型任務(wù)，因為數(shù)字圖像包含大量信息。目前可用的大多數(shù)架構(gòu)都使用高功率來進行這些計算密集型數(shù)字圖像處理?；?a target="_blank">RISC-V的PolarFire? SoC FPGA利用極低的功耗進行圖像處理。在許多應(yīng)用中，熱成像攝像機需要使用電池供電的產(chǎn)品運行，因此盡可能高效地執(zhí)行圖像處理操作以降低功耗非常重要。這使得基于PolarFire? SoC FPGA的ISP成為其他基于架構(gòu)的ISP的強大替代方案，可用于熱成像系統(tǒng)。

在這種情況下，我們使用Lynred的640×480 VGA圖像傳感器作為紅外傳感器，其中包括將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字總線的代理電路。從那里，我們通過DCT開發(fā)的PolarFire SoC SoM進行。成像管道（ISP）在PolarFire SoC FPGA上實現(xiàn)。處理器管理管道。

從傳感器接收的原始幀中，我們將無法區(qū)分任何東西。熱 ISP 管道通過一系列過程使該幀生成一個可視幀，從中我們可以區(qū)分幀中對象的熱分布。我們在原始圖像中所做的第一級過程是色調(diào)映射、壞像素校正、不均勻性校正和圖像增強，例如數(shù)字濾波器。之后，ISP通常會應(yīng)用圖像疊加和調(diào)色板來區(qū)分不同的溫度區(qū)域和區(qū)域。ISP的輸出是人類可理解的熱圖像，如下圖所示。

在極火FPGA SoC中開發(fā)散熱ISP內(nèi)核的優(yōu)勢

低功耗的 SoC

低功耗意味著產(chǎn)品中產(chǎn)生的熱量更少，這對于熱像儀的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要

在 FPGA 中實現(xiàn) ISP 時，可靈活調(diào)整和自定義 ISP

為嵌入式相機應(yīng)用提供充足的CPU資源

設(shè)計緊湊，成本低

審核編輯：郭婷