减少红外热成像应用的尺寸，功耗和成本

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从工业产品的制造和加工到安全和监视，热成像被广泛应用于各种应用中。由于热像仪所测量的波长大于光学成像中所测量的波长，因此热成像应用程序的开发人员需要采用与传统视觉应用程序不同的方法来进行设计。通过了解热成像和光学成像之间的差异，开发人员可以优化其设计，以利用正确的外部存储器，从而缩小系统体积，降低复杂度，降低功耗并最终降低系统成本。

红外光谱

人眼只能捕获较大的电磁光谱的一小部分，即可见光谱。在该区域之外还存在其他光谱，例如X射线，紫外线（UV），红外（IR）和微波，其频率和波长使人眼难以辨认。

在此讨论中，特别重要的是红外光谱。红外光谱提供了一种检测和测量物体产生的热量的方法。这被称为“热签名”。一个物体越热，它产生的红外辐射就越多。

热像仪是可以捕获红外辐射并将其转换为我们可以用眼睛看到的图像的仪器。尽管红外成像最初是为在夜间定位敌人目标而开发的，但现在红外热成像已用于许多不同类型的应用中，包括：

• 预防性早期火灾探测和工厂状况监控
• 工厂自动化中的制造和加工（工业4.0）
• 节能，例如识别房屋可能因门窗开裂而散失热量的位置。
• 夜间监视，例如外围保护
• 天气跟踪，例如暴风雨和飓风
• 诊断不同的疾病。
• 车辆检查（例如飞机和火车）
• 野生动物保护，农业，畜牧业
• 灾难救援与恢复
  

利用测温的应用程序列表在不断增长。随着公司在研发方面投入更多的资金，热像仪只会变得越来越好，而且价格也越来越便宜，从而找到了从娱乐到研究的更多应用领域。

热像仪可用于传感器，视野，帧频和物理配置的选择。热像仪由带镜头的机械外壳，红外传感器和由图像处理器，FPGA，存储器，通信和显示电子设备组成的处理电子设备组成。镜头将红外能量聚焦到传感器上，该传感器测量环境中任何物体的热信号。

热传感器具有多种像素配置，从80×60到1280×1024像素或更多。请注意，与可见光成像仪相比，这些分辨率较低。因为热探测器需要感应的能量要比可见光的波长大得多，所以每个传感器元件也必须大得多。考虑到标准的消费类相机的像素大小约为1.7µm，而工业机器视觉相机的像素大小介于4.6µm至6.5µm之间，具有较大的光敏表面以获得更好的信号。热像仪具有更大的传感器，像素大小为25µm。结果，与相同机械尺寸的可见传感器相比，热像仪通常具有低得多的分辨率（即，总像素更少）。

请注意，虽然较大的像素尺寸会降低分辨率，但这也意味着可以非常精确地测量红外摄像机感测到的热量。这对于各种各样的应用很重要。例如，某些热像仪可以检测到很小的热量差异（低至0.01°C），并将其显示为灰色阴影或使用不同的调色板。

记忆挑战

热像仪内的FPGA过滤并处理其传感器和检测器产生的信号。通常，FPGA内的RAM块不足以存储和处理数据。该系统将必须依靠片外图像存储器来执行诸如运行算法，显示数据和缓冲通信之类的任务。扩展存储器还提供了使设计可扩展以满足扩展密度要求的额外好处。

传统上，OEM通过DDR接口将DRAM用于片外存储。但是，考虑到热成像的低图像分辨率要求，片外存储器的要求大大低于光学相机的要求。因此，高密度DRAM可能会过分杀伤力，并增加产品成本，而没有提供任何实际好处。DRAM通常还需要30多个引脚来进行数据传输。这些引脚增加了额外的信号路由，并增加了额外的PCB层来运行这些信号走线，从而增加了系统开销。此外，由于DRAM是易失性的，因此需要定期刷新单元以保留数据。因此，使用太大的DRAM意味着更高的功耗，直接影响电池供电的热成像应用的使用寿命。

为了解决DRAM的存储难题，相机OEM厂商正在使用其他存储技术，例如HyperRAM存储器。HyperRAM基于DRAM架构，并包含内置的自刷新电路。与DRAM相比，HyperRAM仅需要25mA的有功电流，其功耗仅为其的一小部分（请参见表1），从而使其功率效率足以满足便携式应用的需求。

表：HyperRAM与单数据速率（SDR）DRAM的比较。[*注：比较中使用的是64Mb设备。]（来源：Infineon Technologies）

该超级总线存储器接口和协议提供整个给DDR等效- 400Mbps的-同时仅需要12用于数据传输的引脚。无需实施昂贵的DDR DRAM存储器控制器，即可在FPGA的软IP中实现门数高效的HyperBus存储器控制器，从而使其成为片外扩展存储器的最佳，高效方法（参见图1）。

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图1 ：（左）使用外部DDR SDRAM和NOR闪存的相机需要两条存储器总线，总共41个引脚，这些引脚将PCB层增加到六个或更多。（右）使用HyperRAM和HyperFlash作为外部存储器的摄像机可以通过一条13针的总线进行通信，并且仅需要2到4个PCB层。（来源：英飞凌科技公司）

大多数相机设计还要求使用外部NOR闪存来存储参数和其他重要信息，这些信息和其他重要信息在电源关闭（由电池供电）或断电时必须保留。使用标准NOR闪存，总线接口将需要另外10个引脚，使引脚总数达到41个。OEM可以使用HyperFlash存储器作为NOR Flash的替代产品。

HyperFlash是利用HyperBus接口的NOR Flash。这使系统能够利用同一总线与HyperRAM和HyperFlash器件进行接口连接，从而进一步减少总引脚数。在这种情况下，总共仅需要13个引脚进行接口连接：12个引脚用于数据传输，另外1个引脚用作芯片选择。将此与单独的DDR DRAM和QSPI NOR闪存设备可能需要的41+引脚进行比较。

请注意，HyperRAM扩展存储器还可以在工业机器视觉应用中用作图像存储器的DRAM替代品。采用低引脚数封装，HyperRAM的密度范围从64Mb到512Mb，同时支持HyperBus和与Octal xSPI JEDEC兼容的接口。合作伙伴生态系统支持HyperBus ，HyperBus内存控制器也可用作RTL IP，用于在FPGA中实现该控制器。

红外热像仪的开发人员必须应对与光学摄像头的设计师所面临的挑战不同的挑战。通过选择符合热成像系统要求的外部存储技术，OEM可以简化其信号跟踪，减少所需的PCB层数，降低总体系统成本并降低功耗以延长使用寿命。

文章来源：https://www.yunduoketang.com/article/xianshangxianxiayouxr.html