CN106959711B - 抑制红外焦平面温度异常的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统及方法，属于红外热成像技术领域。所述方法包括：在系统开机上电时，处理器进行初始化操作，TEC供电电路的使能端被拉低，TEC供电电路向TEC控制器输出的使能电压为零；当处理器初始化完成后，处理器拉高TEC供电电路的使能端，TEC供电电路开始向TEC控制器输出使能电压，TEC控制器开始对红外焦平面探测器进行温度控制。本申请中处理器控制TEC供电电路向TEC控制器供电的时机，保证红外探测装备在开机准备的过程中，开机电流稳定，探测器焦平面温度恒定，不致使红外焦平面瞬间温升过快、温度震荡等异常导致红外图像质量下降，从而能输出质量较高的热成像图像。

Description

抑制红外焦平面温度异常的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及红外热成像技术领域，特别涉及一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统及方法。

背景技术

随着国产红外探测器制造工艺的不断成熟，越来越多的国产红外探测器在民用及军用市场得到广泛应用。红外探测器在管壳内部集成了半导体热电制冷器（英文：ThermoElectric Cooler，简称：TEC），该红外探测器需要外部TEC控制器对红外探测器焦平面上的像元进行制冷或加热，从而使得红外探测器内部传感器维持在一个稳定的温度点，对红外探测器的TEC控制策略直接影响红外探测器焦平面响应灵敏度以及图像输出质量。红外探测装备由于其特殊的成像机理，在开机启动时存在一定的开机准备时间，在这段时间里系统处于初始化过程中，红外探测器焦平面的TEC控制处在一种不确定状态，从而导致红外探测器焦平面瞬间温升过快，温度反复震荡，导致焦平面发热量巨大，直接影响了后续的热成像质量。

本文提到的红外探测器指采用国产氧化钒探测器的单兵手持式非制冷红外装备、车载非制冷红外装备以及各种空军、海军非制冷红外装备。国产红外探测器的特点：核心器件均采用国产氧化钒探测器，该探测器需要外部的TEC电路控制。

现有国产红外探测器均需要外部TEC控制器对探测器焦平面进行温度控制，使探测器各像元保持在一个恒定的温度状态，从而能保证探测器输出的图像能保持良好的均匀性。现阶段，TEC控制器主要采用专用的TEC控制芯片以及TEC控制芯片与处理器协同处理的方式来实现。TEC控制器以及TEC的软件控制策略直接影响着红外探测器装备的成像质量的优劣。

而目前国产红外探测装备开机启动过程中探测器焦平面温升过快，开机稳定过程中焦平面温度反复震荡，开机稳定时间过长，直接导致探测器输出图像非均匀性较差，热成像图像质量下降。

发明内容

本发明提供一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统及方法，其目的是用于红外探测装备开机启动时抑制红外焦平面温度异常，避免红外焦平面因温升过高以及温度震荡等导致红外图像输出异常。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统，该控制系统包括红外焦平面探测器、半导体热电制冷器TEC控制器、TEC供电电路、处理器和系统电源，其中：

该系统电源分别与该TEC供电电路以及该处理器电性连接，该处理器与该TEC供电电路的使能端电性连接，该TEC供电电路与该TEC控制器的使能端电性连接，该处理器还与该TEC控制器的输入端电性连接，该TEC控制器与该红外焦平面探测器电性连接。

通过将处理器与TEC供电电路的使能端进行电连、将TEC供电电路与TEC控制器的使能端进行电连，从而使得处理器与TEC供电电路、TEC控制器协同工作，共同实现对探测器焦平面的温度控制。

可选的，控制系统还包括用于感应红外焦平面探测器的环境温度以及红外焦平面探测器的温度的温度传感器，温度传感器与处理器电性连接。

通过对温度传感器的设置，可以实时获取感应红外焦平面探测器的环境温度以及红外焦平面探测器的温度的温度传感器并传递给处理器，以便处理器判定是否开启TEC供电电路控制策略，从而能更好的保证控制时机。

第二方面，提供了一种抑制红外焦平面温度异常的控制方法，该方法应用于第一方面提供的抑制红外焦平面温度异常的控制系统中，该方法包括：

在该抑制红外焦平面温度异常的控制系统开机上电时，该处理器进行初始化操作，该TEC供电电路上与该处理器连接的使能端被拉低，该TEC供电电路向该TEC控制器输出的使能电压为零；

当该处理器初始化完成后，该处理器拉高该TEC供电电路上与该处理器连接的使能端的电压，该TEC供电电路开始向该TEC控制器输出使能电压，该TEC控制器开始对该红外焦平面探测器进行温度控制。

进一步的，该处理器进行初始化操作，包括：

该处理器内的FPGA模块先进行上电初始化操作；

在该FPGA模块初始化完成后，对该处理器内部的NIOS II 软核进行上电初始化操作；

在该NIOS II软核上电初始化完成后，对该红外焦平面探测器的运行控制中心OCC配置数据进行搬运、对同步动态随机存储器SDRAM进行初始化操作。

进一步的，当该处理器初始化完成后，该处理器拉高该TEC供电电路上与该处理器连接的使能端的电压，包括：

在该处理器初始化完成后，且在该处理器接收到该红外焦平面探测器的环境信息以及红外焦平面探测器的温度信息后，该处理器拉高该TEC供电电路的使能端。

进一步的，在该TEC控制器开始对该红外焦平面探测器进行温度控制之后，该方法还包括：

在该红外焦平面探测器的温度稳定后，该控制器开始对该红外焦平面探测器进行时序驱动，对该红外焦平面探测器输出的原始图像进行采集、对采集的原始图像进行预定处理，对预定处理后的图像进行编码并输出。

通过上述技术方案，本申请可以实现的技术效果至少包括：通过将处理器与TEC供电电路的使能端进行电连、将TEC供电电路与TEC控制器的使能端进行电连，从而使得处理器根据预定控制策略控制TEC供电电路向TEC控制器供电的时机，保证红外探测装备在开机准备的过程中，开机电流稳定，探测器焦平面温度恒定，保证了探测器各像元保持在一个恒定的温度状态，不致使红外焦平面瞬间温升过快、温度震荡等异常导致红外图像质量下降，从而能输出质量较高的热成像图像。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明根据一示例性实施例提供的一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统的结构示意图；

图2是本发明根据一示例性实施例提供的一种抑制红外焦平面温度异常的控制方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

现有国产红外探测装备在开机工作时，开机瞬时电流过大，探测器焦平面存在发热量过大，温度异常的情况，导致开机探测器温升过快输出图像质量变差。

针对于此，本发明提供了一种抑制红外焦平面温度异常的控制方法，其可实现国产红外探测装备在开机工作时开机电流稳定，防止探测器焦平面温度上升过快，从而保证探测器输出稳定清晰的热成像图像。

请参见图1所示，其是本发明根据一示例性实施例提供的一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统的结构示意图，该抑制红外焦平面温度异常的控制系统包括红外焦平面探测器110、TEC控制器120、TEC供电电路130、处理器140、系统电源150和温度传感器160，其中：

系统电源150分别与TEC供电电路130以及处理器140电性连接，分别为TEC供电电路130和处理器140供电。

处理器140与TEC供电电路130的使能端电性连接，控制TEC供电电路130工作的时机。

TEC供电电路130与TEC控制器120的使能端电性连接，控制TEC控制器120工作的时机。

处理器140还与TEC控制器120的输入端电性连接，控制TEC控制器120执行相应操作。

TEC控制器120与红外焦平面探测器110电性连接，为红外焦平面探测器110上的像元加热或制冷。

温度传感器160与处理器140电性连接，温度传感器160用于感应红外焦平面探测器的环境温度信息以及红外焦平面探测器的温度信息，并将感应到的环境温度信息和温度信息发送给温度传感器160。

在一种可能的实现方式中，TEC控制器可以选用ADI公司的ADN8830，ADN8830是一种具有高输出效率的TEC控制器，它采用一半开关输出，一半线性输出的方式H桥方式，可以同时控制TEC电流的方向和大小，更重要的是它有一个输出使能端，通过控制输出使能端的电压供给可以有效的控制ADN8830的输出使能。TEC控制器的MOSFET选择具有较低的开关阻抗，可以有效地阻止电源的损耗和提高开关效率。这里MOS管可以选择Fairchild公司的FDW2520C，是N沟道的MOS管，最大容许电流为6A,开关阻抗只有18mΩ。

TEC供电电路可以采用具有多路输出的LDO芯片，LDO芯片的选择要求应具有每一路供电都可以独立使能。这里TEC供电电路选用的是TI公司的TPS65251芯片，该芯片具有三路电压输出，并且每一路都可以独立使能，从而保证与软件算法的协同处理。

处理器采用Cyclone IV的EP3C40芯片，这是一款低功耗的FPGA处理芯片，TPS65251的TEC电压控制的使能端接入FPGA芯片管脚。

上述TEC控制器、TEC供电电路以及处理器的选用仅是一种示例性举例，在实际应用中，还可以选用其他的型号，本实施例对此不进行限定。

下面结合图1所示的控制系统以及图2，对本申请提供的抑制红外焦平面温度异常的控制方法进行举例说明。

图2是本发明根据一示例性实施例提供的一种抑制红外焦平面温度异常的控制方法的流程图，该抑制红外焦平面温度异常的控制方法应用于图1所示的控制系统中，该方法包括如下步骤：

步骤201，在抑制红外焦平面温度异常的控制系统开机上电时，处理器进行初始化操作，TEC供电电路上与处理器连接的使能端被拉低，TEC供电电路向TEC控制器输出的使能电压为零。

处理器在进行初始化操作的过程中，可以包括对处理器内多个模块的初始化，比如包括如下初始化操作过程：

S1、处理器内的FPGA模块先进行上电初始化操作；

S2、在该FPGA模块初始化完成后，对处理器内部的NIOS II 软核进行上电初始化操作；

S3、在该NIOS II软核上电初始化完成后，对该红外焦平面探测器的运行控制中心OCC配置数据进行搬运、对同步动态随机存储器SDRAM进行初始化操作。

一般来讲，在抑制红外焦平面温度异常的控制系统开机上电后，红外探测器的焦平面、FPGA均处于上电初始化过程中，TEC供电电路的使能端被接入FPGA，上电初始化过程中被拉低，此时TEC供电电路输出使能电压为零。

在系统上电时，FPGA先进行初始化操作（FPGA初始化、NIOS初始化以及数据搬运等），由于TEC供电电路的电压输出使能端接入FPGA，在初始化过程中使能端被拉低，TEC供电电路对TEC控制器的电压输出为零（此电压是TEC控制器的输出使能电压），此时TEC控制器未对探测器焦平面进行温度控制，此时探测器的温度应同环境温度基本保持一致。

步骤202，当处理器初始化完成后，处理器拉高该TEC供电电路上与处理器连接的使能端的电压，TEC供电电路开始向TEC控制器输出使能电压，TEC控制器开始对该红外焦平面探测器进行温度控制。

当处理器初始化完成后，处理器拉高该TEC供电电路上与该处理器连接的使能端的电压。也就是说，在处理器初始化完成后，且在处理器接收到该红外焦平面探测器的环境温度信息以及红外焦平面探测器的温度信息后，根据环境温度信息以及红外焦平面探测器的温度信息选择相应的TEC控制策略，当TEC控制策略生效后，处理器拉高该TEC供电电路的使能端。这里处理器接收到的红外焦平面探测器的环境温度信息以及红外焦平面探测器的温度信息是由温度传感器感应后发送给处理器的。

当FPGA初始化完成并读取到探测器环境温度和探测器温度后，内部TEC控制策略生效，此时拉高TEC供电电路的使能端，TEC控制器开始对探测器焦平面进行温度控制，加上与外部低开关阻抗的mos管的协同处理，探测器焦平面在极短的时间内温度处在一个相对恒定的状态中（TEC控制策略中规定的温度点），有效的避免了探测焦平面温度的过快上升以及反复震荡，从而保证探测器具有较好的输出图像质量。

在TEC控制器开始对红外焦平面探测器进行温度控制之后，该方法还包括图像处理输出的过程，比如，在红外焦平面探测器的温度稳定后，控制器开始对该红外焦平面探测器进行时序驱动，对红外焦平面探测器输出的原始图像进行采集、对采集的原始图像进行预定处理，对预定处理后的图像进行编码并输出。

综上所述，本发明实施例提供的抑制红外焦平面温度异常的控制方法，通过巧妙利用了硬件电路中TEC控制器的使能输出选择、TEC供电电路的使能选择以及同软件TEC控制算法的策略结合，从而保证焦平面温度快速处在一个相对稳定的状态中。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种抑制红外焦平面温度异常的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括红外焦平面探测器、半导体热电制冷器TEC控制器、TEC供电电路、处理器和系统电源，其中：

所述系统电源分别与所述TEC供电电路以及所述处理器电性连接，所述处理器与所述TEC供电电路的使能端电性连接，所述TEC供电电路与所述TEC控制器的使能端电性连接，所述处理器还与所述TEC控制器的输入端电性连接，所述TEC控制器与所述红外焦平面探测器电性连接，其中：

在所述抑制红外焦平面温度异常的控制系统开机上电时，所述处理器进行初始化操作，所述TEC供电电路上与所述处理器连接的使能端被拉低，所述TEC供电电路向所述TEC控制器输出的使能电压为零；

当所述处理器初始化完成后，所述处理器拉高所述TEC供电电路上与所述处理器连接的使能端的电压，所述TEC供电电路开始向所述TEC控制器输出使能电压，所述TEC控制器开始对所述红外焦平面探测器进行温度控制。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括用于感应所述红外焦平面探测器的环境温度以及所述红外焦平面探测器的温度的温度传感器，所述温度传感器与所述处理器电性连接。

3.一种抑制红外焦平面温度异常的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的抑制红外焦平面温度异常的控制系统中，所述方法包括：

在所述抑制红外焦平面温度异常的控制系统开机上电时，所述处理器进行初始化操作，所述TEC供电电路上与所述处理器连接的使能端被拉低，所述TEC供电电路向所述TEC控制器输出的使能电压为零；

当所述处理器初始化完成后，所述处理器拉高所述TEC供电电路上与所述处理器连接的使能端的电压，所述TEC供电电路开始向所述TEC控制器输出使能电压，所述TEC控制器开始对所述红外焦平面探测器进行温度控制。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述处理器进行初始化操作，包括：

所述处理器内的FPGA模块先进行上电初始化操作；

在所述FPGA模块初始化完成后，对所述处理器内部的NIOS II 软核进行上电初始化操作；

在所述NIOS II软核上电初始化完成后，对所述红外焦平面探测器的运行控制中心OCC配置数据进行搬运、对同步动态随机存储器SDRAM进行初始化操作。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当所述处理器初始化完成后，所述处理器拉高所述TEC供电电路上与所述处理器连接的使能端的电压，包括：

在所述处理器初始化完成后，且在所述处理器接收到所述红外焦平面探测器的环境温度信息以及所述红外焦平面探测器的温度信息后，根据所述环境温度信息以及所述红外焦平面探测器的温度信息选择相应的TEC控制策略，当所述TEC控制策略生效后，所述处理器拉高所述TEC供电电路的使能端。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述TEC控制器开始对所述红外焦平面探测器进行温度控制之后，所述方法还包括：

在所述红外焦平面探测器的温度稳定后，所述控制器开始对所述红外焦平面探测器进行时序驱动，对所述红外焦平面探测器输出的原始图像进行采集、对采集的原始图像进行预定处理，对预定处理后的图像进行编码并输出。