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基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统设计与实现
摘要：
红外热像技术是一种不接触、不破坏、可在恶劣环境下进行物体温度检测的技术，被广泛应用于热工、电力、医疗等领域。本文基于FPGA嵌入式系统，设计并实现了一个红外热像系统。该系统采用OV7670摄像头和MLX90640红外传感器进行热像数据采集，通过FPGA实现数据处理和显示，并配备有触摸屏，方便用户操作。实验结果表明，该系统具有良好的性能和可靠性，可广泛应用于各个领域。
关键词：FPGA嵌入式系统；红外热像技术；OV7670摄像头；MLX90640红外传感器；触摸屏
Ⅰ.引言
红外热像技术是一种测量物体表面温度的无接触、无损伤、可在恶劣环境下进行的技术。它基于物体表面所辐射的热辐射，使用热像仪将热辐射信号转换成温度分布图像，并通过图像处理方法提取物体表面的温度信息。红外热像技术广泛应用于热工、电力、医疗、安防等领域。传统的红外热像仪价格较高，且常常较为复杂，对于一般用户而言可能较为不易使用。因此，设计一种基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统，有利于提高系统的可用性、稳定性和成本效益，有一定的实用价值。
本文基于FPGA嵌入式系统设计并实现了一个红外热像系统，该系统采用OV7670摄像头和MLX90640红外传感器进行热像数据采集，通过FPGA实现数据处理和显示，并配备有触摸屏，方便用户操作。实验结果表明，该系统具有良好的性能和可靠性。
Ⅱ.设计思路
红外热像技术通过测量物体表面辐射出的红外辐射，得到物体表面的温度分布。红外热像系统的设计要解决数据采集、数据传输、数据处理、图像显示和用户交互等问题。本文的红外热像系统的设计思路如下：
（1）数据采集
采用OV7670摄像头和MLX90640红外传感器进行热像数据采集。OV7670摄像头可以采集物体的可见光信号，而MLX90640红外传感器可以采集物体的红外辐射信号。
（2）数据传输
将OV7670摄像头和MLX90640红外传感器采集到的数据进行处理，并通过串口与FPGA嵌入式系统交互。
（3）数据处理
FPGA芯片内置了比较强大的数据处理能力，可以直接对数据进行处理。可以将采集的热像数据按照一定规则进行处理，并将处理后的数据传输到图像显示部分。
（4）图像显示
将处理后的热像数据显示到触摸屏上，方便用户进行操作。
（5）用户交互
使用触摸屏来控制红外热像系统的操作，包括热像图像的显示、控制摄像头和传感器的参数、保存热像图像等。
Ⅲ.系统实现
本文的红外热像系统基于FPGA嵌入式系统进行实现，主要由热像数据采集、数据处理和图像显示三个模块组成。
（1）热像数据采集模块
热像数据采集模块主要由OV7670摄像头和MLX90640红外传感器组成。OV7670摄像头可以采集物体的可见光信号，而MLX90640红外传感器可以采集物体的红外辐射信号。OV7670摄像头采用FIFO方式，将采集到的数据存储到FPGA内部的RAM中，然后通过DMA把数据传回PC。MLX90640红外传感器通过I2C接口连接FPGA芯片。
（2）数据处理模块
数据处理模块主要是对热像数据进行处理与解析。该模块实现了I2C总线控制接口、图像处理与显示接口、数据解码器和FPGA输入输出模块等功能。I2C总线控制接口和FPGA输入输出模块主要负责与MLX90640红外传感器进行通讯；图像处理与显示接口主要负责对采集到的数据进行处理并在触摸屏上显示。
（3）图像显示模块
图像显示模块通过VGA输出将处理后的图像显示在触摸屏上。该模块主要包括图像驱动器、存储器和触摸屏控制模块等。
Ⅳ.实验结果
根据以上设计方案，本文设计并实现了一个基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统。实验结果表明，该系统具有良好的性能和可靠性，并且能够实现以下功能：
（1）采集并显示热像数据，并能够调整显示参数。
（2）实现对热像数据的采集、处理、显示等操作。
（3）配备有触摸屏，方便用户进行操作。
（4）良好的实时性能和稳定性。
（5）系统架构清晰，代码编写简洁，易于维护和拓展。
V.总结
本文设计并实现了一个基于FPGA嵌入式系统的红外热像系统。该系统具有良好的性能和可靠性，并能够实现对热像数据的采集、处理、显示等操作。该系统可以为红外热像技术在各领域的应用提供更高效、更可靠、更开放的工具。
VI.参考文献
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