便携式短波红外微光成像及图像增强技术研究

发布时间：2020-11-17 23:24

　　 短波红外独特的波长属性使得其在遥感、军事、工业、农业、医学等领域均有着重要的应用价值。尤其在无月光的夜间,短波红外是气辉光谱中辐亮度最高的波段,短波红外成像因此成为新一代微光夜视设备的技术方向之一。在短波红外光电系统常用的探测器中,InGaAs探测器因具备探测效率高、无需低温制冷、体积小、功耗低等优点,市场占有率正逐年提升,而目前我国InGaAs探测器的性能水平与国外相比仍存在较大差距。为了促进国产InGaAs探测器技术水平的进步,本文基于中国科学院上海技术物理研究所自主研发的InGaAs短波红外探测器研制了便携式微光夜视型成像系统,并针对短波红外图像的特点,对弱光图像的增强算法进行了深入地研究。本文完成的主要工作有:(1)通过对国产自研的320×256元InGaAs短波红外探测器的特性及技术参数进行分析,完成了短波红外成像系统的总体方案设计,并对系统的时间噪声和空间噪声进行了分析,为低噪声电子学设计提供了理论指导;(2)以低噪声、低功耗为设计原则,完成了基于FPGA的成像系统电子学设计,包括电源管理模块、探测器驱动及模数转换电路、图像预处理模块、USB通信和PAL视频编码电路的设计和研制等;(3)针对短波红外相机在低照度条件下成像对比度低,无法充分发挥其最佳夜视性能的情况,提出了一种基于小波变换和像元对灰度拉伸的短波红外弱光图像增强算法;将本文算法与其他算法的增强效果进行对比,结果表明本文算法在短波红外弱光图像增强方面有一定的性能提升;(4)对本文系统样机的信噪比和功耗等性能参数进行了测试,并在有霾的日间和无月光的夜间进行成像实验,结果表明了本文系统方案和电子学设计的合理性,达到了预期的设计指标。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN215;TP391.41
【部分图文】：

1 引言 短波红外成像技术.1 短波红外成像的原理红外光谱位于可见光光谱的红光外端，介于可见光和微波之间，波长0.75~1000μm，包含了大量极具应用价值的信息。根据波长范围细分，可以分为近红外（Near Infrared，NIR，0.75~1μm），短波红外（Short Wrared，SWIR，1~2.5μm），中波红外（Medium Wave Infrared，MWIR，3~5μ红外（Long Wave Infrared，LWIR，8~12μm），甚长波红外（Very Long Wrared，VLWIR，12~30μm），远红外（Far Infrared，FIR，30~100μm）和（Sub-millimeter wave，SubMM，100~1000μm）等 7 个波段。

因此短波红外图像可以呈现室温景物表面反射率即短波红外图像与可见光图像一样存在阴影与反差不具备的特点。外成像的应用具有在夜间光源充足、透雾霾能力强等主要优点，光夜视、透雾霾观察等应用的技术基础。同时由于外成像在农产品检测、半导体检测和医学成像等领光夜视的夜间，气辉的辐亮度比星光高出 5 到 7 倍，且大外波段，亮度随着波长而增加，远超过可见光[2]。短波红外成像可以清晰地观察到目标。

霾天气下某大桥的可见光图像（左）和短波红外图像（右omparison of the visible light image (left) and the SWIR imbridge under smoggy weather[3]产品检验产品质量检验的关键指标。水对短波辐射是不透明可以观察到具有较高水分的农产品比干燥的产品更熟度或干燥度进行检测。另外水果表面水分较集中相机很容易地观察到，从而有助于筛选出高质量的
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本文编号：2888041