来源：电子技术应用  作者：浙江大学 聂伟珍 胡大可 汪洋旦

摘要：基于非制冷焦平面探测器和高性能双核处理器0MAPl610的红外热像仪设计。

关键词：红外热像仪0MAP1510 mailkiox Qt/Errdbedded

红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统(目前先进的焦平面技术省去了光机扫描系统)接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构(焦平面热像仪无此机构)对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上。由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换为标准视频信号，通过电视屏或监视器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应。除显示红外热辐射图像，红外热像仪还能提供精确的非接触温度测量功能。

从带有扫描装置的第一代热像仪到焦平面阵列式结构的凝成像红外热像仪，红外热像仪已从笨重、操作复杂发展成为轻巧、操作方便简洁的便携式手持设备。

高性能处理器芯片的不断发展，给红外热像仪带来了新的动力。利用恰当的处理器，可以提高图像的处理速度，并设计出更精巧的产品。本文就此讨论基于非制冷焦平面探测器和高性能双核处理器OMAPl510的红外热像仪的设计。

1 硬件体系结构
由于被测目标物体红外辐射的热像分布图信号非常弱，与可见光图像相比，缺少层次和立体感。因此，在实际探测过程中为更有效地判断被测目标的红外热分布场，常采用一些辅助措施增加仪器的实用功能，如图像亮度/对比度的控制、实标校正、伪色彩描绘等高线和直接进行数学运算，打印等。

本便携式红外热像仪主要由具有320×240非制冷焦平面探测器的红外摄像头、预处理单元、OMAPl510处理器及其外围器件组成，如图1所示。

通过红外摄像头采集的320×2AO图像数据量较大，自探测器转换而来的电信号经采样后，先经过预处理模块，将数据转换成16位数据交由OMAPl510处理。0MAPl510则需要对图像数据进行窗位窗宽处理、256色的伪彩转换、亮度对比度调节等，并最终在320×240的液晶屏上显示。

OMAPl510处理器是TI公司生产的高性能单芯片双核处理器．它主要由TMS320C55x DSP内核、低功耗增强型ARM925T。微处理器、交通控制器(Traffic Controller)、强大的DMA控制器和丰富的外围设备等组成。

TI增强型ARM925T核采用ARM RISC体系结构，工作主频为175MHz。它包括存储器管理单元、16KB的高速指令缓冲存储器(Cache)、8KB的数据高速缓冲存储器和17个字的写缓冲器。片内有1．5MB的内部SRAM，为液晶显示等应用提供大量的数据和代码存储空间。它有13个内部中断和19个外部中断，采用两级中断管理。此外，核内还有ARM CPl5协处理器和保护模块。

C55x DSP核具有最佳的功耗性能比，工作主频为200MHz。它增加了三个硬件加速器：离散余弦变换，反相离散余弦变换加速器、运动估计运算加速器和半像素插值加速器。C55x DSP核内部有32K字的双存取SRAN，48K字的单存取SRAM和12K字的高速指令缓存。此外，核内还包含存储器管理单元(MMU)、两级中断管理器和直接存储器访问(DMA)控制器。

交通控制器是ARM925T处理器与各存储芯片进行数据交换的中枢，同时也控制DSP、DMA控制器及本地总线接口对各存储器的访问。根据片外存储器的特性，交通控制器可以灵活配置访问的字宽、周期及整字访问的突发式访问。

OMAPl510芯片具有丰富的外围接口，如液晶控制器、存储器接口、摄像头接口、蓝牙接口、通用异步收发器、I2C主机接口、脉宽音频发生器、串行接口、主客户机USB口、安全数字多媒体卡控制器(SD／MMC)接口、键盘接口等。

2 软件构架
软件构架如图2所示。MPU侧加载嵌入式Linux操作系统，实现对前端图像数据的读取，对LCD、触摸屏、键盘、SD卡等设备的访问，与DSP的通信，以及Qt应用程序的运行等。应用程序对LCD等外围设备的访问都由相应的Linux驱动程序实现。MPU对DSP的访问也是把DSP当作设备，在MPU倒加载所谓的DSP驱动实现。DSP侧在DSP／BIOS的基础上构造进行数据处理的任务(tasks)，对图像数据进行运算处理，如窗位窗宽调节、伪彩查色、亮度和对比度调节等。

MPU与DSP之间的通信有三种实现方式：mailbox寄存器、MPU接口和共享内存。
(1)MPU／DSP mailbox寄存器MPU与DSP处理器通过mailbox中断机制通信。在公共TIPB空间有4个mailbox寄存器设备被双核共享。其中，2个mailbox寄存器用来让MPU发消息并向DSP发出中断信号，另外2个用来让DSP发消息并向MPU发出中断请求信号。每个mailbox寄存器设备由2个16位寄存器和l位标志寄存器组成。发出中断的处理器可以用一个16位寄存器发