中波制冷红外成像组件的设计与实现

发布时间：2018-05-12 21:50

  本文选题：红外成像 + FPGA　； 参考：《中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)》2015年硕士论文

【摘要】：红外热成像技术利用红外辐射原理,通过测取目标物体表面的红外辐射能量,将被测物体表面的温度分布转换为形象直观的热图像。它具有响应速度快、测量范围宽、非接触测量以及测量结果直观形象等特点,在军事领域得到了充分的重视,谁掌握了先进的红外热成像技术,谁就取得了夜战的主动权；在民用领域,已在材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面获得了应用,并显示出越来越强大的生命力。本文主要研究中波制冷红外成像组件的设计与实现,基于中波320x256制冷型探测器,基于FPGA的硬件平台,硬件包括探测器缓冲放大电路,模数转换电路、信号处理电路、数模转换电路、供电电源电路等相关电路的设计实现,软件包括FPGA中包括通信控制,信号采集,信号处理等图像算法处理和控制技术软件以及上位机操控软件。实现了分辨率为320×256,两路cameralink_full数字视频接口,帧频25-200Hz,应用非均匀校正、坏元填充、宽灰度图像显示等图像处理算法,完成实时成像模拟显示,cameralink_full接口14bit数字图像输出,并可以通过串口和网络UDP两种方式对热像仪进行实时控制等功能。本文的特点和创新体现在硬件上该成像组件接口丰富,cameralink_full格式数字图像速度传输快,便于后续图像处理；可以与其他成像系统、计算机和交换机组网完成对成像组件的实时控制。软件上采用两点非均匀校正技术基于事先标定系数并根据场景实时计算生成新的系数完成成像组件的校正操作,使成像更适用于当前观测背景,实时剔除坏元技术在原有坏元剔除基础上增加新出坏元的处理,实现了每帧图像的实时坏元判别和剔除。本文研究的主要成果为设计并实现了该红外成像组件,在帧频、图像控制、图像输出时序、两路高速数据格式输出、坏元处理等功能上均满足客户需求；在噪声等效温差、校正后非均匀性、MRTD等红外图像主要技术指标上均达到比较高的水平,在对图像质量要求高的军事领域具有很广泛的应用前景。
[Abstract]:Infrared thermal imaging technology uses the principle of infrared radiation, through measuring the infrared radiation energy of the object surface, the temperature distribution of the measured object surface is converted into a visual thermal image. It has the characteristics of fast response, wide measurement range, non-contact measurement and intuitive image of measurement results. It has been paid full attention to in the military field. Whoever grasps the advanced infrared thermal imaging technology, who obtains the initiative of night combat; In the civil field, it has been applied in many aspects, such as material defect detection and evaluation, building energy saving evaluation, equipment condition thermal diagnosis, production process monitoring, automatic testing, disaster reduction and prevention and so on, and has shown more and more powerful vitality. This paper mainly studies the design and realization of infrared imaging module of medium wave refrigeration, which is based on medium wave 320x256 refrigeration detector, hardware platform based on FPGA, including detector buffer amplifier circuit, A / D conversion circuit, signal processing circuit, etc. The design and implementation of digital-analog conversion circuit, power supply circuit and other related circuits, including communication control, signal acquisition, signal processing and image algorithm processing and control software, as well as host computer control software, are included in the software. With a resolution of 320 脳 256, two cameralink_full digital video interfaces, frame frequency 25-200Hz, and using non-uniform correction, bad element filling, wide gray image display and other image processing algorithms, the real-time imaging analog display and cameralinkfull interface 14bit digital image output are realized. And through serial port and network UDP two ways to the thermal imager real-time control and other functions. The characteristics and innovations of this paper are reflected in the rich interface of the imaging component in hardware. The digital image can be transmitted fast and convenient for subsequent image processing, and can be connected with other imaging systems, computers and switches to complete the real-time control of imaging components. In the software, two-point nonuniformity correction technique is used to complete the correction operation of the imaging module based on the pre-calibration coefficient and the real-time calculation of the scene, which makes the imaging more suitable for the current observation background. Based on the original bad element culling, the new bad element processing is added in the technology of real time eliminating bad element, and the real time bad element discrimination and elimination of each frame image is realized. The main achievements of this paper are the design and implementation of the infrared imaging module, which can meet the customer's demand in the functions of frame frequency, image control, image output timing, two-channel high-speed data format output, bad element processing, etc. After correction, the main technical indexes of infrared images such as non-uniformity and MRTD have reached a relatively high level, which has a wide application prospect in the military field which requires high image quality.
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN219

【共引文献】

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本文编号：1880290