基于FPGA的非制冷红外成像组件研究
发布时间：2021-08-11 11:54
红外成像技术以其独具的特点在军事与民用领域有着广泛的应用需求,近年来随着半导体集成技术以及制作工艺的快速提升,非制冷红外成像系统相较制冷红外成像系统存在着的不足得到快速提高,自身优势越发突出,在各行各业中得到快速推广应用。非制冷红外焦平面阵列探测器作为红外成像系统的核心,其特性指标制约着红外成像系统的性能上限,而基于此类探测器的红外成像组件是成像系统的主体,其硬件电路设计及非均匀性校正是充分展现探测器性能的关键,是红外成像系统应用开发的基础。论文结合省科技厅技术攻关项目需求,以高性能非制冷红外组件系统设计开发为目标,对非制冷红外成像系统、组件开发及非均匀性校正处理开展了深入研究。设计上采用了国产非制冷红外探测器,在对组件功能及参数性能分析的基础上,提出了基于FPGA为主核心处理器的红外成像组件设计方案;并对偏置电压、FPGA时序驱动、AD转换、数据采集、TEC温控、输出接口及系统电源等单元开展了具体的设计及仿真调试。由于探测器对噪声要求极高,所以在电源以及偏置电压设计上采用的是低噪声的LDO芯片和二阶低通滤波器相配合,避免高频噪声对电路的影响,并对电路的噪声进行了仿真;模数转换部分采用...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球红外市场占有率图
5第2章红外成像原理及特性分析2.1非制冷红外成像原理据资料显示，任何高于绝对零度的物体，都会自发的向外辐射热量，红外成像技术就是利用由敏感材料制成的焦平面，探测目标物的热辐射，从而对目标物成像的技术[13]。红外成像的一般过程是红外热辐射经大气传播被探测器接收，将红外热辐射转换为电信号，通过探测器输出给后续的成像电路进行信号处理以及相应的运算，最后在由成像电路输出至显示设备上进行成像。红外成像机理框图如图2.1所示。图2.1红外成像工作机理框图下面对成像过程做一下说明。（1）目标物向外辐射热量，红外辐射是热辐射的一部分，红外辐射的强度大小与目标物的温度有关，温度越高辐射强度越强，但是红外辐射能在大气的传播过程中会受到环境以及传输距离的影响导致能量衰减，这也决定了红外探测器探测的距离不能无限远。（2）大气在传输辐射能量的时候会出现能量的衰减，还会有部分能量被吸收，如图2.2所示，红外光谱的8-14μm波段大气吸收率较低。人们形象的称这个波段为窗口区，8-14μm也是人们常说的长波区域[14]。（3）红外探测器负责探测红外辐射能量，然后将热信号转换为电信号，并通过读出电路将电信号输出。（4）成像电路主要是负责将探测器输出的模拟信号进行降噪并转化为数字信号，然后再由微处理器对数字信号进行处理，最后将处理后的信号输出给显示设备进行图像显示。图2.2大气窗口示意图
5第2章红外成像原理及特性分析2.1非制冷红外成像原理据资料显示，任何高于绝对零度的物体，都会自发的向外辐射热量，红外成像技术就是利用由敏感材料制成的焦平面，探测目标物的热辐射，从而对目标物成像的技术[13]。红外成像的一般过程是红外热辐射经大气传播被探测器接收，将红外热辐射转换为电信号，通过探测器输出给后续的成像电路进行信号处理以及相应的运算，最后在由成像电路输出至显示设备上进行成像。红外成像机理框图如图2.1所示。图2.1红外成像工作机理框图下面对成像过程做一下说明。（1）目标物向外辐射热量，红外辐射是热辐射的一部分，红外辐射的强度大小与目标物的温度有关，温度越高辐射强度越强，但是红外辐射能在大气的传播过程中会受到环境以及传输距离的影响导致能量衰减，这也决定了红外探测器探测的距离不能无限远。（2）大气在传输辐射能量的时候会出现能量的衰减，还会有部分能量被吸收，如图2.2所示，红外光谱的8-14μm波段大气吸收率较低。人们形象的称这个波段为窗口区，8-14μm也是人们常说的长波区域[14]。（3）红外探测器负责探测红外辐射能量，然后将热信号转换为电信号，并通过读出电路将电信号输出。（4）成像电路主要是负责将探测器输出的模拟信号进行降噪并转化为数字信号，然后再由微处理器对数字信号进行处理，最后将处理后的信号输出给显示设备进行图像显示。图2.2大气窗口示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于场景的红外焦平面非均匀校正算法综述[J]. 周永康,朱尤攀,赵德利,曾邦泽,李泽民. 红外技术. 2018(10)
[2]基于非局域均值的模糊聚类图像去噪算法研究[J]. 刘子杨. 科学大众(科学教育). 2018(01)
[3]基于场景特殊区域的非均匀校正去鬼影算法[J]. 李成立,吕俊伟,任建存,宋庆善. 激光与红外. 2017(11)
[4]基于衬底温度的红外焦平面联合非均匀性校正[J]. 唐艳秋,孙强,赵建,姚凯男. 红外与激光工程. 2016(03)
[5]焦平面红外探测器研究进展[J]. 李维,武腾飞,王宇. 计测技术. 2016(01)
[6]红外热像技术在安全领域的研究进展[J]. 石东平,吴超,李孜军,潘伟. 红外技术. 2015(06)
[7]非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态[J]. 冯涛,金伟其,司俊杰. 红外技术. 2015(03)
[8]一种改进的多点融合非均匀校正技术[J]. 曹伟,董书莉,李春梅. 中国空间科学技术. 2014(03)
[9]基于Camera Link接口的高速视频图像采集系统[J]. 辛光泽,侯宏录,李飞,齐晶晶. 国外电子测量技术. 2014(03)
[10]2013年的中国红外技术（中）[J]. 王忆锋. 红外技术. 2014(02)
硕士论文
[1]基于场景的IRFPA非均匀性校正算法研究[D]. 王慧杰.西安电子科技大学 2017
[2]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器设计[D]. 谭燕林.东南大学 2016
[3]基于FPGA的非制冷红外成像组件的软件设计[D]. 王旭.南京理工大学 2013
[4]红外热像技术在建筑中的检测与分析[D]. 王靖.辽宁工程技术大学 2013
[5]非制冷红外焦平面温控电路设计[D]. 贺驰光.华中科技大学 2013
[6]基于场景的非均匀性校正[D]. 龚曼曼.南京理工大学 2012
[7]短波红外成像光谱仪电子学关键技术研究[D]. 任斌.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2009
[8]非制冷红外热成像系统的小型化改进[D]. 蔡良锋.南京理工大学 2008
本文编号：3336111
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球红外市场占有率图
5第2章红外成像原理及特性分析2.1非制冷红外成像原理据资料显示，任何高于绝对零度的物体，都会自发的向外辐射热量，红外成像技术就是利用由敏感材料制成的焦平面，探测目标物的热辐射，从而对目标物成像的技术[13]。红外成像的一般过程是红外热辐射经大气传播被探测器接收，将红外热辐射转换为电信号，通过探测器输出给后续的成像电路进行信号处理以及相应的运算，最后在由成像电路输出至显示设备上进行成像。红外成像机理框图如图2.1所示。图2.1红外成像工作机理框图下面对成像过程做一下说明。（1）目标物向外辐射热量，红外辐射是热辐射的一部分，红外辐射的强度大小与目标物的温度有关，温度越高辐射强度越强，但是红外辐射能在大气的传播过程中会受到环境以及传输距离的影响导致能量衰减，这也决定了红外探测器探测的距离不能无限远。（2）大气在传输辐射能量的时候会出现能量的衰减，还会有部分能量被吸收，如图2.2所示，红外光谱的8-14μm波段大气吸收率较低。人们形象的称这个波段为窗口区，8-14μm也是人们常说的长波区域[14]。（3）红外探测器负责探测红外辐射能量，然后将热信号转换为电信号，并通过读出电路将电信号输出。（4）成像电路主要是负责将探测器输出的模拟信号进行降噪并转化为数字信号，然后再由微处理器对数字信号进行处理，最后将处理后的信号输出给显示设备进行图像显示。图2.2大气窗口示意图
5第2章红外成像原理及特性分析2.1非制冷红外成像原理据资料显示，任何高于绝对零度的物体，都会自发的向外辐射热量，红外成像技术就是利用由敏感材料制成的焦平面，探测目标物的热辐射，从而对目标物成像的技术[13]。红外成像的一般过程是红外热辐射经大气传播被探测器接收，将红外热辐射转换为电信号，通过探测器输出给后续的成像电路进行信号处理以及相应的运算，最后在由成像电路输出至显示设备上进行成像。红外成像机理框图如图2.1所示。图2.1红外成像工作机理框图下面对成像过程做一下说明。（1）目标物向外辐射热量，红外辐射是热辐射的一部分，红外辐射的强度大小与目标物的温度有关，温度越高辐射强度越强，但是红外辐射能在大气的传播过程中会受到环境以及传输距离的影响导致能量衰减，这也决定了红外探测器探测的距离不能无限远。（2）大气在传输辐射能量的时候会出现能量的衰减，还会有部分能量被吸收，如图2.2所示，红外光谱的8-14μm波段大气吸收率较低。人们形象的称这个波段为窗口区，8-14μm也是人们常说的长波区域[14]。（3）红外探测器负责探测红外辐射能量，然后将热信号转换为电信号，并通过读出电路将电信号输出。（4）成像电路主要是负责将探测器输出的模拟信号进行降噪并转化为数字信号，然后再由微处理器对数字信号进行处理，最后将处理后的信号输出给显示设备进行图像显示。图2.2大气窗口示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于场景的红外焦平面非均匀校正算法综述[J]. 周永康,朱尤攀,赵德利,曾邦泽,李泽民. 红外技术. 2018(10)
[2]基于非局域均值的模糊聚类图像去噪算法研究[J]. 刘子杨. 科学大众(科学教育). 2018(01)
[3]基于场景特殊区域的非均匀校正去鬼影算法[J]. 李成立,吕俊伟,任建存,宋庆善. 激光与红外. 2017(11)
[4]基于衬底温度的红外焦平面联合非均匀性校正[J]. 唐艳秋,孙强,赵建,姚凯男. 红外与激光工程. 2016(03)
[5]焦平面红外探测器研究进展[J]. 李维,武腾飞,王宇. 计测技术. 2016(01)
[6]红外热像技术在安全领域的研究进展[J]. 石东平,吴超,李孜军,潘伟. 红外技术. 2015(06)
[7]非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态[J]. 冯涛,金伟其,司俊杰. 红外技术. 2015(03)
[8]一种改进的多点融合非均匀校正技术[J]. 曹伟,董书莉,李春梅. 中国空间科学技术. 2014(03)
[9]基于Camera Link接口的高速视频图像采集系统[J]. 辛光泽,侯宏录,李飞,齐晶晶. 国外电子测量技术. 2014(03)
[10]2013年的中国红外技术（中）[J]. 王忆锋. 红外技术. 2014(02)
硕士论文
[1]基于场景的IRFPA非均匀性校正算法研究[D]. 王慧杰.西安电子科技大学 2017
[2]基于FPGA的DDR2 SDRAM控制器设计[D]. 谭燕林.东南大学 2016
[3]基于FPGA的非制冷红外成像组件的软件设计[D]. 王旭.南京理工大学 2013
[4]红外热像技术在建筑中的检测与分析[D]. 王靖.辽宁工程技术大学 2013
[5]非制冷红外焦平面温控电路设计[D]. 贺驰光.华中科技大学 2013
[6]基于场景的非均匀性校正[D]. 龚曼曼.南京理工大学 2012
[7]短波红外成像光谱仪电子学关键技术研究[D]. 任斌.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2009
[8]非制冷红外热成像系统的小型化改进[D]. 蔡良锋.南京理工大学 2008
本文编号：3336111
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