CN107179130A - 基于智能处理器平台的红外热成像传感器 - Google Patents
基于智能处理器平台的红外热成像传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107179130A CN107179130A CN201610138286.9A CN201610138286A CN107179130A CN 107179130 A CN107179130 A CN 107179130A CN 201610138286 A CN201610138286 A CN 201610138286A CN 107179130 A CN107179130 A CN 107179130A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- processor platform
- intelligent processor
- thermal imaging
- dsp
- gpu
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001931 thermography Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000036541 health Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/0215—Compact construction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J2005/0077—Imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
- G01J2005/202—Arrays
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，包括MEMS传感阵列，用于采集红外信号，将红外信号转换为模拟信号；智能处理器平台，用于控制MEMS传感阵列采集红外信号并且将采集到的红外信号进行数据运算、分析、控制、输出；集成电源，为传感器提供电源和参考电压；所述MEMS传感阵列、智能处理器平台和集成电源是采用单片集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，使得传感器体积缩小70%以上，成本下降80%以上，同时其性能、指标和稳定性也有全面提升，例如，核心NETD指标达到18～60mk，可以广泛应用于智能汽车、医疗健康、无人机、机器人、安防监控、消防监控、工业生产、仪器仪表等领域。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器。
背景技术
非制冷的红外热成像传感器和THz成像传感器具备不可替代的应用功能，市场前景较好，且具有价格低、体积小、功耗低、可靠高、操作方便等优点。随着微电子和微机械加工MEMS技术的逐步发展，非制冷红外热成像传感器和THz成像传感器的这些优势被进一步强化，成为高科技技术领域发展的热点之一。
在现有技术中，MEMS红外热成像传感器多数采用混合集成方案制造，MEMS红外传感芯片30和信号处理芯片40分别制造和划片，并在封装时集成到共同的管壳20中，之间通过引线键合或倒装焊实现电学连接，如图1所示。双芯片、单管壳的集成方案将MEMS工艺和CMOS工艺彻底隔离，不会在MEMS制造过程中对CMOS工艺线造成污染，但焊盘和引线多引入的寄生电容和串扰使得信号传输质量下降，导致传感器终端产品性能不稳定；另外，双芯片、单管壳的集成方案更对传感器成本降低和尺寸的减小造成限制，严重制约了MEMS红外热成像传感器朝进一步的智能化、小体积、高指标、高性能、低成本方向发展。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高集成度的基于智能处理器平台的红外热成像传感器。
本发明采用的技术方案为：一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，包括MEMS传感阵列，用于采集红外信号并将红外信号转换为模拟信号；智能处理器平台，用于控制MEMS传感阵列采集红外信号并且将采集到的红外信号进行数据运算、分析、控制、输出；集成电源，为MEMS传感阵列和智能处理器平台提供电源和参考电压；所述MEMS传感阵列、智能处理器平台和集成电源是采用单片集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成。
优选地，所述智能处理器平台包括ROIC采集电路、DSP+GPU+MCU处理器单元和系统接口，所述ROIC采集电路，连接至MEMS传感阵列，用于完成模拟信号处理、模拟数字信号转换、数字逻辑控制和数字信号输出；所述DSP+GPU+MCU处理器单元，连接至ROIC采集电路，用于完成图像的算法处理、智能分析、整体控制和人机操作；所述系统接口，连接至DSP+GPU+MCU处理器单元，用于与外部对接。
优选地，所述MEMS传感阵列由4x4～1920x1080个像素阵列组成，每个像素尺寸处于7um～35um之间。
优选地，所述ROIC采集电路由模拟处理电路、ADC电路和逻辑控制电路组成。
优选地，所述MCU+DSP+GPU处理器单元由MCU控制中心和DSP+GPU处理中心组成，所述MCU控制中心由CPU、RAM和ROM组成；所述DSP+GPU处理中心由DSP、GPU、RAM和ROM组成。
优选地，所述系统接口由接口电路和逻辑电路组成，所述接口电路具有串行、并行或控制接口中的一种或多种。
优选地，所述集成电源由低压差线性稳压器LDO、直流斩波器DC\DC和逻辑电路组成。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明采用创新的片上系统集成架构设计，利用单片集成、立体电路加工工艺将MEMS传感阵列、智能处理器单元和集成电源集成在传感器芯片内部，通过传感器接口即可对接MPU、SOC等其他外部应用处理器，避免在外围设置传统的ADC、DSP或FPGA等其它昂贵的数据处理电路，使得传感器体积缩小70%以上，成本下降80%以上，同时其性能、指标和稳定性也有全面提升，例如，核心NETD指标达到18～60mk，可以广泛应用于智能汽车、医疗健康、无人机、机器人、安防监控、消防监控、工业生产、仪器仪表等领域。
附图说明
图1是现有技术结构示意图；
图2本发明结构示意图；
图3是本发明逻辑功能示意图；
图4是图3中MEMS传感阵列示意图；
图5是图3中ROIC采集电路方框示意图；
图6是图3中DSP+GPU处理中心方框示意图；
图7是图3中MCU控制中心方框示意图；
图8是图3中系统接口方框示意图；
图9是图3中集成电源方框示意图。
具体实施方式
下面结合图2至图9，对本发明做进一步详细叙述。
参见图2，一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器50，包括MEMS传感阵列，用于采集红外信号，将红外信号转换为模拟信号；智能处理器平台，用于控制MEMS传感阵列采集红外信号并且将采集到的红外信号进行数据运算、分析、控制、输出；所述MEMS传感阵列、智能处理器平台和集成电源是采用单片集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成，相互之间通过IC立体电路互联结构组态起来。本发明采用片上系统架构设计，将MEMS传感阵列、智能处理器单元和集成电源集成在一个独立的传感器芯片50内，封装在外壳20中，通过接口对接MPU、SOC等各种应用处理器即可完成红外热成像传感器的所有功能。
具体地，参见图3，所述智能处理器平台包括ROIC采集电路、DSP+GPU+MCU处理器单元和系统接口，所述ROIC采集电路，连接至MEMS传感阵列，用于完成模拟信号处理、模拟数字信号转换、数字逻辑控制和数字信号输出；所述DSP+GPU+MCU处理器单元，连接至ROIC采集电路，用于完成图像的算法处理、智能分析、整体控制和人机操作；所述系统接口，连接至DSP+GPU+MCU处理器单元，用于与外部对接。
参见图4，所述MEMS传感阵列可由4x4～1920x1080个像素阵列组成，每个像素尺寸处于7um～35um之间。
参见图5，所述ROIC采集电路连接至MEMS传感阵列，由模拟处理电路、ADC电路、逻辑控制电路组成，用于完成模拟信号处理、模拟数字信号转换、数字逻辑控制和数字信号输出。
参见图6和图7，所述MCU+DSP+GPU处理器单元连接至ROIC采集电路，由MCU控制中心和DSP+GPU处理中心组成，所述MCU控制中心由CPU、RAM和ROM组成，用于完成图像的整体控制和人机操作；所述DSP+GPU处理中心由DSP、GPU、RAM和ROM组成，用于完成图像的算法处理和智能分析。
参见图8，所述系统接口，连接至MCU控制单元，具有串行、并行或控制接口中的一种或多种，用于与外部对接；具体地，所述串行接口可以是MIPI接口，用于视频输出；所述并行接口可以是ITU601、ITU656或ITU1120；所述控制接口可以是I2C、SPI，控制串行或并行接口与外部对接功能的启停。
参见图9，所述集成电源，由低压差线性稳压器LDO、直流斩波器DC\DC和逻辑电路组成，为传感器提供低噪声、低纹波的电源以及高精度、低噪声的参考电压。
本发明是基于创新的片上系统集成架构设计，采用单片集成、立体电路加工工艺将MEMS传感阵列、采集电路、处理器单元、系统接口和集成电源集成在传感器芯片内部，通过ITU601/656/1120并行接口和MIPI串行接口即可对接MPU、SOC等其他外部应用处理器，避免在外围设置传统的ADC、DSP或FPGA等其它昂贵的数据处理电路，使得传感器体积缩小70%以上，成本下降80%以上，同时其性能、指标和稳定性也有全面提升，例如，核心NETD指标达到18～60mk，可以广泛应用于智能汽车、医疗健康、无人机、机器人、安防监控、消防监控、工业生产、仪器仪表等领域。
总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：包括MEMS传感阵列，用于采集红外信号并将红外信号转换为模拟信号；智能处理器平台，用于控制MEMS传感阵列采集红外信号并且将采集到的红外信号进行数据运算、分析、控制、输出；集成电源，为MEMS传感阵列和智能处理器平台提供电源和参考电压；所述MEMS传感阵列、智能处理器平台和集成电源是采用单片集成工艺在硅晶圆片衬底上一体化制作而成。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述智能处理器平台包括ROIC采集电路、DSP+GPU+MCU处理器单元和系统接口，所述ROIC采集电路，连接至MEMS传感阵列，用于完成模拟信号处理、模拟数字信号转换、数字逻辑控制和数字信号输出；所述DSP+GPU+MCU处理器单元，连接至ROIC采集电路，用于完成图像的算法处理、智能分析、整体控制和人机操作；所述系统接口，连接至DSP+GPU+MCU处理器单元，用于与外部对接。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述MEMS传感阵列由4x4～1920x1080个像素阵列组成，每个像素尺寸处于7um～35um之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述ROIC采集电路由模拟处理电路、ADC电路和逻辑控制电路组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述MCU+DSP+GPU处理器单元由MCU控制中心和DSP+GPU处理中心组成，所述MCU控制中心由CPU、RAM和ROM组成；所述DSP+GPU处理中心由DSP、GPU、RAM和ROM组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述系统接口由接口电路和逻辑电路组成，所述接口电路具有串行、并行或控制接口中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种基于智能处理器平台的红外热成像传感器，其特征在于：所述集成电源由低压差线性稳压器LDO、直流斩波器DC\DC和逻辑电路组成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610138286.9A CN107179130A (zh) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | 基于智能处理器平台的红外热成像传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610138286.9A CN107179130A (zh) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | 基于智能处理器平台的红外热成像传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107179130A true CN107179130A (zh) | 2017-09-19 |
Family
ID=59830060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610138286.9A Pending CN107179130A (zh) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | 基于智能处理器平台的红外热成像传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107179130A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108052934A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-05-18 | 安徽云塔电子科技有限公司 | 一种智能传感器系统架构及其实现方法、装置 |
| CN111953333A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-17 | 苏州大学 | 阵列式mems传感器spi并行数据采集电路及采集方法 |
| CN112284534A (zh) * | 2020-09-03 | 2021-01-29 | 广东工业大学 | 一种新型的太赫兹频谱仪 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263765A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | ウェハレベルパッケージ構造体およびセンサ装置 |
| CN101476941A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-07-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 集成微机械热电堆红外探测系统及其制作方法 |
| CN103241704A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 清华大学 | 三维集成传感器及其制备方法 |
| CN103274352A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-09-04 | 安徽海聚信息科技有限责任公司 | Mems模块及基于该模块的控制系统 |
| CN105253851A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-01-20 | 合肥芯福传感器技术有限公司 | 一种芯片级系统传感器及其制备方法 |
-
2016
- 2016-03-11 CN CN201610138286.9A patent/CN107179130A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263765A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Works Ltd | ウェハレベルパッケージ構造体およびセンサ装置 |
| CN101476941A (zh) * | 2008-11-04 | 2009-07-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 集成微机械热电堆红外探测系统及其制作方法 |
| CN103241704A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 清华大学 | 三维集成传感器及其制备方法 |
| CN103274352A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-09-04 | 安徽海聚信息科技有限责任公司 | Mems模块及基于该模块的控制系统 |
| CN105253851A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-01-20 | 合肥芯福传感器技术有限公司 | 一种芯片级系统传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 赵玖玲 等: "《复合固体推进剂宏细观损伤机理》", 31 December 2014, 中国宇航出版社 * |
| 邢素霞: "《红外热成像与信号处理》", 31 January 2011, 国防工业出版社 * |
| 郁有文 等: "《传感器原理及工程应用》", 31 May 2014, 西安电子科技大学出版社 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108052934A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-05-18 | 安徽云塔电子科技有限公司 | 一种智能传感器系统架构及其实现方法、装置 |
| CN111953333A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-17 | 苏州大学 | 阵列式mems传感器spi并行数据采集电路及采集方法 |
| CN111953333B (zh) * | 2020-07-30 | 2023-09-29 | 苏州大学 | 阵列式mems传感器spi并行数据采集电路及传感系统 |
| CN112284534A (zh) * | 2020-09-03 | 2021-01-29 | 广东工业大学 | 一种新型的太赫兹频谱仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108141549B (zh) | 图像传感器和具有图像传感器的电子设备 | |
| KR101896666B1 (ko) | 이미지 센서 칩, 이의 동작 방법, 및 이를 포함하는 시스템 | |
| Liu et al. | Intelligent vision systems–bringing human-machine interface to AR/VR | |
| CN105253851B (zh) | 一种芯片级系统传感器及其制备方法 | |
| CN107179130A (zh) | 基于智能处理器平台的红外热成像传感器 | |
| CN108052934A (zh) | 一种智能传感器系统架构及其实现方法、装置 | |
| CN206266221U (zh) | 堆叠式mems传感器封装体及芯片 | |
| JP7533477B2 (ja) | 自動車用制御システム | |
| US20240162267A1 (en) | Microminiature image acquisition and processing system packaging structure and preparation method thereof | |
| CN214667295U (zh) | 热释电传感器 | |
| CN214667294U (zh) | 集成菲涅尔透镜热释电传感器 | |
| CN107370964B (zh) | 一种用于监控设备的数字usb信号转换系统及实现方法 | |
| CN103607545A (zh) | 一种高清视频采集装置及其工作方法 | |
| CN202261561U (zh) | 一种自动聚焦系统 | |
| CN109714550A (zh) | 多用途空间相机的成像控制电路及多用途空间相机 | |
| WO2019144540A1 (zh) | 智能传感器系统架构及其实现方法、装置 | |
| CN209545720U (zh) | 一种基于红外与可见光的视频图像处理系统 | |
| CN105518639B (zh) | 一种数据处理装置及飞行器 | |
| US20170317127A1 (en) | Solid-state imaging device, camera module, and electronic apparatus | |
| CN106725259A (zh) | 一种医用电子胶囊 | |
| US20110187870A1 (en) | Video/Audio Module Applied to Computer System | |
| CN209201167U (zh) | 工业相机用数字成像设备 | |
| US20250095108A1 (en) | Apparatus for acquiring image and electronic device including the same | |
| CN205589608U (zh) | 一种药品包装机 | |
| CN202393502U (zh) | 微型热释电红外传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170919 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |