小型化红外热像仪信号处理方法研究及实现

发布时间：2020-07-02 21:01

【摘要】：红外热像仪能将物体发出的不可见红外热辐射转变为可见光图像,受昼夜、天气影响较小。以非制冷红外探测器为核心的红外热像仪还具有小型化的特点,在军事、航天、车载、安防等领域有着广泛的应用前景。目前,非制冷红外探测器的输出信号普遍具有非均匀性严重、热噪声大、对比度低等缺陷,限制了小型化红外热像仪的应用领域。因此,研究小型化红外热像仪信号处理方法有着很重要的意义。本论文以法国ULIS公司PICO640 Gen2TM非制冷红外探测器为研究对象,首先分析了探测器的工作原理和配置方案,并在此基础上设计了 PICO640 Gen2TM+FPGA的红外热像仪硬件架构。其次,根据探测器噪声要求,设计了低噪声信号处理硬件电路,大幅度降低了探测器输出噪声。然后,研究并提出了基于Qsys和Avalon总线的分层软件架构。最后,在小型化红外热像仪软硬件架构下,着重研究红外热像仪信号处理算法,改进并使用FPGA实现了考虑运动判断的基于场景的非均匀性校正算法、改进型运动自适应时域降噪算法和自适应平台直方图均衡算法,以子系统的形式将算法应用于系统软件架构中。实验结果表明,本文设计的红外热像仪具有体积小、功耗低、图像质量高等优点,图像指标满足应用要求。各信号处理算法改善了小型化红外热像仪的图像质量,提高了小型化红外热像仪的实用性。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN215;TP391.41
【图文】：

示意图,管脚,探测器,偏置电压

射信号到电信号的转化，硅读出电路（ＲＯＩＣ）完成电信号的放大、读取、输出，能以最高逡逑１２０Ｈｚ帧频输出图像信号。与其他厂家的探测器相比，ＰＩＣＯ６４０Ｇｅｎ２？提供了标准Ｉ２Ｃ逡逑接口配置探测器，大大简化了红外探测器繁琐的配置过程。图２．１为ＰＩＣＯ６４０Ｇｅｎ２？探逡逑测器的实物图及管脚示意图。逡逑ｙ逦Ｍｅｃｈａｎｉｃｕｌ邋ｒｅｆｅｒｅｎｔ＊邋ｓｕｒｔａｅ．逡逑°ｒ逦逡逑Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ邋ｈｏｌｅｓ逡逑＼邋／逦Ｓｅｒｉａｌ邋ｎｕｍｂｅｒ逡逑Ｖ逦■ｆ？ｗｖＵＬＪＳ邋■逦／逦逦逡逑Ｅｌｅｃｔｓ邋ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ逦□？逡逑ｍｉｍｍ逦丨邋＜＃＃＃＃＃＃＃＃＃逡逑图２．１邋ＨＣＯ６４０邋0６１１２１＾探测器的实物图及管脚示意图逡逑ＰＩＣＯ６４０Ｇｅｎ２？探测器各管脚定义如表２．１所示，主要由工作电压、偏置电压、逡逑Ｉ２Ｃ配置信号、输入时钟信号及模拟输出信号等组成。逡逑表２．１邋ＰＩＣＯ６４０Ｇｅｎ２？探测器管脚定义逦逡逑序号逦管脚名逦逦管脚描述逡逑＿Ｊ逦ＶＢＵＳ逦模拟输入逦ＣＩＴＡ参考电压逡逑＿１＿逦管脚悬空逡逑＿Ｊ

探测器,读出电路,积分电路,示意图

逡逑图２．２为ＰＩＣＯ６４０邋Ｇｅｎ２？探测器的读出电路，读出方式是典型的电容反馈跨导放逡逑大器型（ＣＴＩＡ），偏置电压参与到信号读出电路中。敏感元（Ａｃｔｉｖｅ邋Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）和补偿兀逡逑（ＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＢｏｌｏｍｅｔｅｒ）使用相同的材料，其中补偿元仅接收来自衬底的辐射，敏感元逡逑接收衬底辐射和外界辐射，ＧＦＩＤ电压控制电流大小。扫描电路部分将选通列中流过敏逡逑感元和补偿元的电流之差输出到积分电路，其中ＧＳＫ控制输出到积分电路电流大小，逡逑积分电路完成积分过程，ＶＢＵＳ作为反向放大器正向电压，最后经过多路传输电路输出逡逑⑵）］0逡逑Ｉ逦Ｉ逦＜邋ｍｉｍａｍ邋Ｘ逦，逡逑丨「工逦ｍｓ逦：逡逑Ｍ逦—－Ｉ逦＾邋：逡逑；？：逦卜—？邋：逦：逡逑：……如？…－＊逦——一士逦－逦；逡逑｜逦Ｔ逦ｆ逡逑：：逦｜逡逑＼—逦＾逡逑，■邋ＳＬｉｒａ？ｉｉ？ｃ邋

【参考文献】