基于FPGA的红外成像系统

发布时间：2017-04-04 13:20

  本文关键词：基于FPGA的红外成像系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：任何温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会自发地向外发出红外辐射能量。物体随着温度的不同向外辐射能量不同。基于这种成像特点,红外成像技术可以克服许多外界制约因素如雾霾、黑夜等,因此红外成像系统有很大的应用前景。红外探测器最早应用于军事方面,但近年来由于红外焦平面制造技术的发展、制造价格及成本下降等因素的影响,红外技术逐渐从军事领域延伸到民用领域。尤其是在安全监控、森林防火、工厂环境、医疗监测等方面取得了较大的发展。由于应用场合的多样化,红外热像仪的便携性便显得至关重要。论文介绍了红外成像技术的原理、应用以及发展现状。根据红外图像传感器和红外图像的特点,在分析、比较多种系统组成方案的基础上,本论文选定了基于FPGA的便携式红外图像处理系统。论文采用293×392微测辐射热计作为红外探测器,以Altera公司CycloneII系列FPGA EP2C35F484C8N芯片作为系统核心处理器。该系统包含了红外成像系统的驱动电路、FPGA信号处理电路以及显示电路。驱动电路的设计包括低噪声偏置电压源,保证红外探测器正常工作的时序驱动电路,以及模数转换电路。红外探测器将目标物体的信息转换为模拟信号输出,由驱动电路中的AD9240模数转换芯片将模拟信号进行ADC转换,转换成14bit的数字信号。该数字信号输入到FPGA后,由FPGA进行图像对比度增强、去背景噪声等图成像处理操作。同时设计SDRAM进行数据缓存,供FPGA调用进行后续操作。考虑到FPGA输出数据与SDRAM接收速率不匹配,以及FPGA从SDRAM中读取数据时也会存在速率不匹配问题,所以数据传递通过FIFO完成。FPGA将处理后的14位数字信号由数模转换器ADV7123转换成模拟信号,并且通过Verilog语言编程模拟输出行有效、帧有效的时序,完成红外图像的最终显示。论文搭建了基于FPGA的红外成像系统硬件平台,利用Altiume Designer软件绘制驱动电路四层板电路的电路原理图和PCB板,并进行了调试。采用Verilog语言编写了应用于FPGA的各功能模块的IP核,包括:时序驱动模块,数字图像处理模块,SDRAM控制模块,信号显示模块等。论文测试了红外成像系统功耗,对驱动板进行了PCB板级仿真,分析了系统硬件的抗干扰性能。论文最后对系统整体结构以及红外热像仪的工作状况进行了展示。
【关键词】：微测辐射热计 FPGA 红外成像系统 图像处理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN791;TN216
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 红外成像技术8-11
• 1.1.1 红外辐射基本理论8-9
• 1.1.2 红外探测器9-10
• 1.1.3 红外成像系统10-11
• 1.2 红外成像技术的发展与现状11-12
• 1.3 红外成像系统信号处理的研究12-13
• 1.4 论文的主要工作及内容安排13-15
• 2 红外热像仪的系统原理15-19
• 2.1 引言15
• 2.2 红外图像的处理技术15-16
• 2.3 红外成像系统原理16-17
• 2.4 本章小结17-19
• 3 便携红外热像仪硬件平台设计19-34
• 3.1 引言19
• 3.2 微测辐射热计19-23
• 3.3 系统硬件电路设计23-33
• 3.3.1 偏置模块设计23-26
• 3.3.2 模数转换模块26-27
• 3.3.3 FPGA采集电路27-31
• 3.3.4 SDRAM模块设计31-32
• 3.3.5 显示模块设计32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 FPGA信号处理模块设计34-52
• 4.1 引言34
• 4.2 时序驱动模块34-37
• 4.3 数字图像处理模块37-42
• 4.3.1 数据接收模块38
• 4.3.2 数据处理模块38-42
• 4.4 数据接收模块42-46
• 4.4.1 FIFO模块42-43
• 4.4.2 SDRAM控制模块43-46
• 4.5 信号显示模块46-51
• 4.5.1 VGA显示模块46-50
• 4.5.2 LCD显示50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 红外热像仪的系统调试与分析52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 硬件系统信号完整性分析52-56
• 5.2.1 提高抗电磁干扰措施52-54
• 5.2.2 PCB板级仿真54-56
• 5.2.3 系统功耗估计与测试56
• 5.3 最终系统成果56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-64

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本文编号：285612