基于FPGA的非制冷红外热成像系统研究

发布时间：2020-03-19 22:01

【摘要】：随着红外热成像技术的快速发展,红外热成像系统越来越多的应用到军事、民用、医疗等领域,特别是以非制冷红外焦平面阵列为核心的非制冷红外热成像系统,因具有体积小、功耗低、稳定性高等优势,目前已经成为红外热成像领域的主要发展方向之一。非制冷红外焦平面因自身的材料和工艺上的缺陷导致红外焦平面阵列的不均匀性和盲元严重影响了成像质量,因此需要对红外图像进行非均匀性校正和盲元补偿等处理。本文在讨论红外热成像系统原理的基础上,设计了一种基于FPGA的非制冷红外热成像系统。本系统采用单片FPGA架构,系统组成包括非制冷红外探测器模块、模拟信号调制电路、偏置电压产生电路、TEC温控模块、FPGA最小系统、外部存储模块、以太网传输模块和上位机等部分,主要完成对被测目标图像信息的采集、处理、传输和显示等功能。系统上电工作后,非制冷红外探测器在FPGA提供的时序驱动和正确的偏置电压下采集被测目标的红外图像信号,然后由FPGA控制硬件协议栈芯片W5300将FPGA处理后的红外图像数据发送到上位机上进行实时显示和存储,最终完成基于FPGA架构的非制冷红外热成像系统的设计。在系统成像过程中,软件设计部分主要包括非制冷红外探测器的时序驱动设计、红外图像处理、以太网传输控制和上位机四个部分。本文在介绍红外焦平面阵列非均匀性和盲元的特点和成因后,采用两点温度非均匀性校正算法和基于动态的快速中值滤波盲元补偿算法进行红外图像处理,同时采用Verilog HDL硬件描述语言实现探测器的时序驱动和基于TCP/IP协议的百兆以太网数据传输的逻辑设计,并通过仿真软件Modelsim进行验证。经过软硬件调试后,证实本文设计的小型化、低功耗的非制冷红外热成像系统实现了红外图像的高速采集和远距离传输的功能。
【图文】：

图２－１电磁波的频谱逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ逡逑

行进行积分，，依次类推往下积分。ＲＯＩＣ采样按行列进行输出且积分时间一般逡逑不会超过行周期，ＩＲＦＰＡ通过微桥结构与读出电路ＲＯＩＣ相连［２８］。工作原理如逡逑图２－３所示。逡逑Ｒ0Ｗ邋１逦ｊｖ逦ｒｖ逡逑Ｒｏｗ２逦Ｘ邋逦邋逦邋逦｜Ｘ逡逑．逦｜逦积分逦采样滤波放大＝３目邋ｊ逡逑——Ｎ邋Ｊ邋ｉＴ逦／逡逑Ｒ0Ｗ２４０邋＇ＸＡ逦ＩＡ逡逑行选通控制逦列选通控制逡逑图２－３探测器工作原理逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑探测器内部的工作原理是在行选通控制电路的控制下进行积分和采样以及逡逑滤波处理，之后进行电流－电压信号转换，最后通过列选通控制逐列输出。逡逑－７－逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN215;TN791

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 吴铮;陆剑鸣;白丕绩;田萦;;俄罗斯非制冷微测辐射热计红外热成像系统的发展状况[J];红外技术;2011年08期

2 程玉兰;;红外热成像系统的基本原理[J];华北电力技术;1988年12期

3 程玉兰;红外热成像系统[J];高电压技术;1989年01期

4 陈志新,桑娅荣,李建宇,苏嫣娇 ,杨佩珩;新型医用红外热成像系统的研制与应用[J];医疗装备;2005年01期

5 鲁新平,沈振康;红外热成像系统应用于反潜探测的分析[J];红外与激光工程;2002年03期

6 周建勋，张保民，何祖源;红外热成像系统的极限工作性能评价[J];红外与激光技术;1995年01期

7 张俊举;常本康;钱芸生;田思;邱亚峰;袁轶慧;;基于FPGA的非制冷红外热成像系统研究[J];红外与激光工程;2008年04期

8 王景中;用于窑壳温度实时群测的红外热成像系统[J];红外与激光工程;2001年05期

9 张亦宁;张昊春;马锐;宋乃秋;魏衍强;;不同云雨条件下红外热成像系统作用距离评估[J];应用光学;2016年02期

10 邵剑斌;韩建茂;李航舵;蔡红军;戴天培;;基于自主四代探测器的红外热成像系统设计[J];电子技术;2018年06期

相关会议论文 前3条

1 姜贵彬;蓝天;倪国强;;红外热成像系统评价的重要参数及测试方法[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

2 周起勃;葛军;潘兆鑫;戚雅德;闵凯;;非致冷红外焦平面热像仪研制[A];'99十一省（市）光学学术会议论文集[C];1999年

3 陈亦涛;刘凯欣;;I型裂纹稳态扩展的实验和理论研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

相关重要报纸文章 前1条

1 经济日报·中国经济网记者 郑明桥 通讯员 朱丛庆;高德红外：擦亮中国“鹰眼”[N];经济日报;2018年

相关博士学位论文 前2条

1 邢素霞;非制冷红外热成像系统研究[D];南京理工大学;2005年

2 杨鹤猛;远红外实时成像样机系统关键技术研究[D];天津大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈凤跃;基于FPGA的非制冷红外热成像系统研究[D];哈尔滨理工大学;2019年

2 李杨;高灵敏度长波制冷红外热成像系统驱动电路及电源设计[D];华中科技大学;2016年

3 蔡良锋;非制冷红外热成像系统的小型化改进[D];南京理工大学;2008年

4 何敬;基于FPGA的非制冷红外热成像系统[D];内蒙古科技大学;2009年

5 黄熙燕;车载红外热成像系统设计[D];南京理工大学;2017年

6 车凯;在线监测红外热成像系统的关键技术研究[D];电子科技大学;2016年

7 苏庆旦;红外热成像系统实现及其图像增强技术研究[D];西安电子科技大学;2015年

8 葛振南;非制冷红外热成像系统的小型化研究[D];南京理工大学;2008年

9 黄佳卿;红外热成像系统管理平台设计[D];大连理工大学;2017年

10 高思峰;飞行器红外特征分析与红外热成像系统作用距离的预估算方法[D];南京航空航天大学;2007年

本文编号：2590776