CN110413173B - 一种红外成像跟踪系统的人机交互装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，包括跟踪器和与其分别连接的红外热像仪、OLED显示屏、按键模块；所述跟踪器通过红外热像仪采集图像，再输出给OLED显示屏进行显示，通过按键模块输入指令给跟踪器用于实现红外热像仪参数调试、红外图像的目标锁定和跟踪。本发明将红外热像仪的调试功能集成在跟踪器中，无需独立的调试设备即可实现对热像仪参数的实时在线调节。本发明采用嵌入式实时处理技术，结合按键和显示设备实现任务管理机功能，减少跟踪系统操控复杂度，人机交互更加简洁方便。本发明充分利用跟踪器自身硬件逻辑资源，实现人机交互功能，降低了红外成像跟踪系统的成本。

Description

一种红外成像跟踪系统的人机交互装置
技术领域
本发明涉及一种红外成像跟踪系统的人机交互技术，具体地说是一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，可被应用于各种红外成像跟踪领域。
背景技术
一般的红外成像跟踪系统主要包括红外热像仪，图像跟踪处理器，任务管理机三部分。任务管理机作为系统主控设备和人机交互接口，通常以独立的工控机形式存在。由工控机实现跟踪目标的选择，跟踪流程控制。
通常热像仪作为红外成像跟踪系统的视频源，对热像仪参数的调节如校正功能、焦距、增益、亮度等的调节需要任务管理机切换至调试模式实现,或由上位机软件结合独立的计算机来实现，跟踪系统在执行跟踪功能过程中热像仪参数无法实现实时调节。
一般跟踪流程的控制如图像的冻结、放大，目标锁定、跟踪等由任务管理机中的操控软件或控制面板上手柄、机械开关结合专用显示器来实现。操控软件实时性差，专用显示器结合手柄方式需要额外的传感器资源，且占用物理空间。
针对以上情况，一种简洁且实时有效的红外成像跟踪系统的人机交互装置具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明设计了一种简洁且实时有效的红外成像跟踪系统的人机交互装置，充分利用跟踪器自身硬件逻辑资源，无需独立的调试设备即可实现对热像仪参数的实时在线调节，实现人机交互功能，降低了红外成像跟踪系统的成本。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，包括跟踪器和与其分别连接的红外热像仪、OLED显示屏、按键模块；所述跟踪器通过红外热像仪采集图像，再输出给OLED显示屏进行显示，通过按键模块输入指令给跟踪器用于实现红外热像仪参数调试、红外图像的目标锁定和跟踪。
所述跟踪器采用FPGA芯片作为处理器。
所述跟踪器中包括以下人机交互功能单元：
按键解码单元，用于将按键模块上三个功能键的长按、短按转换成功能键指令，实现通过人为触碰功能键选择OLED显示菜单、以及实现红外图像的目标锁定和跟踪；所述功能键指令包括：左、右、确定以及长按左、长按右、长按确定；
热像仪参数调节单元，根据按键解码单元的功能键指令和OLED显示菜单是否被选中，输出热像仪参数调节命令给热像仪；
跟踪流程控制单元，根据按键解码单元的功能键指令在红外图像上实现目标锁定和跟踪；
菜单数据生成单元，用于将生成OLED显示菜单的菜单数据保存在FPGA芯片的LUT资源中；
OLED显示控制单元，根据按键解码单元的功能键指令和菜单数据生成OLED显示菜单，并将OLED显示菜单叠加显示到PAL视频信号格式的红外图像上。
所述OLED显示菜单包括热像仪调试命令菜单、跟踪控制命令菜单；所述热像仪调试命令菜单包括：焦距调节、增益调节、亮度调节、视场、白热、校正、滤波、确定；所述跟踪控制命令菜单包括：跟踪。
所述跟踪流程控制单元，根据按键解码单元的功能键指令在红外图像上实现目标锁定和跟踪，包括：
1)装置上电后自动转入待机状态，当按键解码单元检测到确定键短按动作后，转入目标位置选定状态；当按键解码模块检测到左键短按和长按时，分别控制定位点在OLED显示屏的红外图像上左移和上移；当按键解码模块检测到右键短按、长按时，分别控制定位点在OLED显示屏的红外图像上右移和下移，直到定位点达到目标位置；
2)当按键解码单元再次检测到确定键短按动作后，转入目标尺度选择状态；当按键解码模块检测到左键短按和长按时，分别控制水平尺度以定位点为中心向红外图像两侧增大和减小；当按键解码模块检测到右键短按、长按时，分别控制垂直尺度以定位点为中心向红外图像上下增大和减小；实现对目标位置的框选；
3)当按键解码单元第三次检测到确定键短按动作后，转入对红外图像上目标位置的锁定跟踪；
所述步骤1)-3)中任意时刻，当按键解码单元检测到确定键长按，装置转入待机状态。
所述红外热像仪通过RS422通信接口与跟踪器中的FPGA芯片连接。
所述按键模块通过GPIO口与跟踪器中的FPGA芯片连接。
所述红外热像仪输出CML视频信号格式的红外图像给跟踪器。
所述跟踪器将CML视频信号格式的红外图像转换成PAL视频信号，并通过视频接口传输给OLED显示屏。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明将红外热像仪的调试功能集成在跟踪器中，无需独立的调试设备即可实现对热像仪参数的实时在线调节。
2.本发明采用嵌入式实时处理技术，结合按键和显示设备实现任务管理机功能，减少跟踪系统操控复杂度，人机交互更加简洁方便。
3.本发明充分利用跟踪器自身硬件逻辑资源，实现人机交互功能，降低了红外成像跟踪系统的成本。
4.本发明跟踪器仅采用FPGA芯片作为处理器，避免同时使用ARM芯片、FPGA芯片或其他芯片造成的结构复杂和资源浪费。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图；
图2是本发明的人机交互示意图；
图3是本发明的人机交互界面示意图；
图4是本发明的跟踪控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的红外成像跟踪系统的人机交互装置由OLED显示器、3个按键组成的按键模块结合热像仪和跟踪器组成。在热像仪和跟踪器间建立RS422通信接口，在跟踪器中FPGA实现通信控制。3个按键通过GPIO口与跟踪器中的FPGA连接。使用OLED显示器作为显示装置与跟踪器直接连接。
在上述硬件结构基础上，在跟踪器中设计人机交互功能单元。如图2所示，按键解码单元实现3个功能按键的长按、短按识别。热像仪参数调节单元将按键命令结合OLED显示菜单内容，翻译成热像仪参数调节命令，通过422通信控制单元传输给热像仪，实现参数调节功能。跟踪流程控制单元根据按键命令结合OLED显示菜单内容执行图像锁定、放大、目标选取功能。菜单数据生成模块由FPGA中LUT资源(Look-Up-Table)实现，用于保存菜单数据，由OLED显示控制单元控制提取菜单数据，结合视频源内容叠加显示到输出端。以上功能全部由FPGA实现。
人机交互界面如图3所示，热像仪调试命令菜单、跟踪控制命令菜单直接叠加在观瞄视频图像中。所述OLED显示菜单包括热像仪调试命令菜单、跟踪控制命令菜单；所述热像仪调试命令菜单包括：焦距调节、增益调节、亮度调节、视场、白热、校正、滤波、确定；所述跟踪控制命令菜单包括：跟踪。其中视场菜单控制热像仪输出大视场或小视场的图像，白热菜单控制红外图像以黑热或白热形式显示，校正菜单实现对热像仪非线性响应的抑制，滤波菜单控制热像仪对输出图像进行滤波去除噪声，热像仪参数调试时可实时观察图像调节效果。点击跟踪菜单执行跟踪功能，界面菜单消隐。
图4为跟踪控制流程，主要实现目标的选取和跟踪。系统上电后自动转入待机状态，按键解码模块检测到确定键短按动作后，系统转入目标位置选定状态。左键短按、长按分别控制目标位置左移和上移，右键短按、长按分别控制目标位置右移和下移。再次检测到确定键短按后，系统转入目标尺度选择状态，左键短按、长按分别控制目标水平尺度的增大和减小，右键的短按、长按分别控制目标垂直尺度的增大和减小。再次检测到确定按键短按后，系统转入目标跟踪状态。整个过程中任意时刻检测到确定键长按，系统转入待机状态。

Claims (6)

1.一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于：包括跟踪器和与其分别连接的红外热像仪、OLED显示屏、按键模块；所述跟踪器通过红外热像仪采集图像，再输出给OLED显示屏进行显示，通过按键模块输入指令给跟踪器用于实现红外热像仪参数调试、红外图像的目标锁定和跟踪；
所述跟踪器采用FPGA芯片作为处理器；
所述跟踪器中包括以下人机交互功能单元：
按键解码单元，用于将按键模块上三个功能键的长按、短按转换成功能键指令，实现通过人为触碰功能键选择OLED显示菜单、以及实现红外图像的目标锁定和跟踪；所述功能键指令包括：左、右、确定以及长按左、长按右、长按确定；
热像仪参数调节单元，根据按键解码单元的功能键指令和OLED显示菜单是否被选中，输出热像仪参数调节命令给热像仪；
跟踪流程控制单元，根据按键解码单元的功能键指令在红外图像上实现目标锁定和跟踪；
菜单数据生成单元，用于将生成OLED显示菜单的菜单数据保存在FPGA芯片的LUT资源中；
OLED显示控制单元，根据按键解码单元的功能键指令和菜单数据生成OLED显示菜单，并将OLED显示菜单叠加显示到PAL视频信号格式的红外图像上；
所述跟踪流程控制单元，根据按键解码单元的功能键指令在红外图像上实现目标锁定和跟踪，包括：
1)装置上电后自动转入待机状态，当按键解码单元检测到确定键短按动作后，转入目标位置选定状态；当按键解码模块检测到左键短按和长按时，分别控制定位点在OLED显示屏的红外图像上左移和上移；当按键解码模块检测到右键短按、长按时，分别控制定位点在OLED显示屏的红外图像上右移和下移，直到定位点达到目标位置；
2)当按键解码单元再次检测到确定键短按动作后，转入目标尺度选择状态；当按键解码模块检测到左键短按和长按时，分别控制水平尺度以定位点为中心向红外图像两侧增大和减小；当按键解码模块检测到右键短按、长按时，分别控制垂直尺度以定位点为中心向红外图像上下增大和减小；实现对目标位置的框选；
3)当按键解码单元第三次检测到确定键短按动作后，转入对红外图像上目标位置的锁定跟踪；
所述步骤1)-3)中任意时刻，当按键解码单元检测到确定键长按，装置转入待机状态。
2.按照权利要求1所述的一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于，所述OLED显示菜单包括热像仪调试命令菜单、跟踪控制命令菜单；所述热像仪调试命令菜单包括：焦距调节、增益调节、亮度调节、视场、白热、校正、滤波、确定；所述跟踪控制命令菜单包括：跟踪。
3.按照权利要求1-2任意一项所述的一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于：所述红外热像仪通过RS422通信接口与跟踪器中的FPGA芯片连接。
4.按照权利要求1-2任意一项所述的一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于：所述按键模块通过GPIO口与跟踪器中的FPGA芯片连接。
5.按照权利要求1-2任意一项所述的一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于：所述红外热像仪输出CML视频信号格式的红外图像给跟踪器。
6.按照权利要求1-2任意一项所述的一种红外成像跟踪系统的人机交互装置，其特征在于：所述跟踪器将CML视频信号格式的红外图像转换成PAL视频信号，并通过视频接口传输给OLED显示屏。
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