非制冷红外焦平面热成像测温系统研究与实现
发布时间:2022-08-12 20:14
红外热像仪因其能高效的测量大片区域的温度,被广泛应用于电力系统监测、安防、工农业生产等领域。随着国产厂商在非制冷焦平面制造技术上的突破,高分辨率的非制冷焦平面探测器的使用成本迅速降低,市场对高分辨率红外热像仪的需求随之变大。更大的分辨率对红外热像仪的设计方案提出了更高的要求。针对这一问题,本课题提出了一种高分辨率红外成像与测温设计系统方案。该非制冷红外焦平面热成像测温系统(下称:红外热像仪)设计方案的关键器件为非制冷红外焦平面探测器(下称:探测器)和ZYNQ处理器。围绕这两个器件,本文设计了探测器调温电路、信号预处理电路、模数转换电路和视频输出电路等。使用ZYNQ处理器实现了两个主要作用——(1)产生各个电路所需的驱动信号,并接收模数转换器输出的信号;(2)对获得的图像信息进行处理。针对产生驱动信号并接收模数转换器输出的问题,研究并提出了基于ZYNQ内部(下称:片内)FPGA的信号发生电路和数据格式转换电路设计方案。信号发生电路由时钟管理器(MMCM)、BRAM、FIFO、计数器和状态机等组成。该电路能驱动探测器工作、能产生模数转换器所需的相位可调节的采样时钟。数据格式转换电路由Ser...
【文章页数】:86 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 非制冷焦平面探测器现状
1.2.2 红外系统信号处理方案研究现状
1.2.3 非均匀性校正、图像增强和测温算法研究现状
1.3 研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
1.4 论文章节安排
第2章 红外热像仪硬件方案
2.1 镜头选型
2.2 非制冷红外焦平面阵列
2.2.1 探测器电源
2.2.2 探测器输出信号
2.2.3 探测器温度控制电路设计
2.3 信号调理及模数转换电路设计
2.3.1 信号调理电路设计
2.3.2 模数转换器电路设计
2.4 ZYNQ及其外围电路
2.5 输出电路设计
2.6 电源电路设计
2.7 试验结果与分析
2.7.1 PCB布局
2.7.2 系统关键电路性能分析
2.8 本章小结
第3章 ZYNQ内部模块设计
3.1 时序发生电路
3.2 数据格式转换电路
3.3 视频的存储与输出单元
3.4 控制单元
3.5 试验结果与分析
3.6 本章小结
第4章 图像处理单元实现
4.1 非均匀性校正
4.2 温度测量
4.3 图像增强
4.3.1 平台直方图均衡
4.3.2 伪彩色处理
4.3.3 字符叠加
4.4 试验结果与分析
4.5 本章小结
第5章 系统标定与试验
5.1 系统标定
5.1.1 高低温标定
5.1.2 温度标定
5.2 测温与成像试验
5.2.1 测温试验
5.2.2 成像试验
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】:
期刊论文
[1]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[2]像素级数字长波制冷红外焦平面探测器研究进展[J]. 白丕绩,姚立斌,陈楠,毛文彪,韩庆林,周连军,姬玉龙. 红外技术. 2018(04)
[3]16位高精度在线式红外热像仪的技术方案与实现[J]. 丁德红. 红外技术. 2017(09)
[4]基于分段均衡的红外热图像伪彩色编码[J]. 白艳涛,王素玉. 激光与红外. 2017(08)
[5]“高分四号”卫星大面阵红外相机视频处理电路的FPGA设计[J]. 刘涛,张晔,李亮,王洋,张旭,黄竞,王华. 航天返回与遥感. 2017(03)
[6]红外图像校正与增强技术研究现状[J]. 张宝辉,姚立斌,张巍伟,陈莹妍,王润宇. 红外技术. 2017(06)
[7]红外焦平面阵列的盲元自适应快速校正[J]. 李凌霄,冯华君,赵巨峰,徐之海,李奇. 光学精密工程. 2017(04)
[8]高性能短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展[J]. 邵秀梅,龚海梅,李雪,方家熊,唐恒敬,李淘,黄松垒,黄张成. 红外技术. 2016(08)
[9]应用于森林火灾监测的中波红外相机设计[J]. 陈凯,孙德新,刘银年. 红外技术. 2016(06)
[10]数字化红外焦平面技术[J]. 姚立斌,陈楠,张济清,纪忠顺,钟昇佑,李正芬,韩庆林. 红外技术. 2016(05)
硕士论文
[1]基于DM3730的长波红外相机系统[D]. 公彦超.天津大学 2014
本文编号:3676521
【文章页数】:86 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 非制冷焦平面探测器现状
1.2.2 红外系统信号处理方案研究现状
1.2.3 非均匀性校正、图像增强和测温算法研究现状
1.3 研究内容和创新点
1.3.1 研究内容
1.3.2 创新点
1.4 论文章节安排
第2章 红外热像仪硬件方案
2.1 镜头选型
2.2 非制冷红外焦平面阵列
2.2.1 探测器电源
2.2.2 探测器输出信号
2.2.3 探测器温度控制电路设计
2.3 信号调理及模数转换电路设计
2.3.1 信号调理电路设计
2.3.2 模数转换器电路设计
2.4 ZYNQ及其外围电路
2.5 输出电路设计
2.6 电源电路设计
2.7 试验结果与分析
2.7.1 PCB布局
2.7.2 系统关键电路性能分析
2.8 本章小结
第3章 ZYNQ内部模块设计
3.1 时序发生电路
3.2 数据格式转换电路
3.3 视频的存储与输出单元
3.4 控制单元
3.5 试验结果与分析
3.6 本章小结
第4章 图像处理单元实现
4.1 非均匀性校正
4.2 温度测量
4.3 图像增强
4.3.1 平台直方图均衡
4.3.2 伪彩色处理
4.3.3 字符叠加
4.4 试验结果与分析
4.5 本章小结
第5章 系统标定与试验
5.1 系统标定
5.1.1 高低温标定
5.1.2 温度标定
5.2 测温与成像试验
5.2.1 测温试验
5.2.2 成像试验
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】:
期刊论文
[1]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[2]像素级数字长波制冷红外焦平面探测器研究进展[J]. 白丕绩,姚立斌,陈楠,毛文彪,韩庆林,周连军,姬玉龙. 红外技术. 2018(04)
[3]16位高精度在线式红外热像仪的技术方案与实现[J]. 丁德红. 红外技术. 2017(09)
[4]基于分段均衡的红外热图像伪彩色编码[J]. 白艳涛,王素玉. 激光与红外. 2017(08)
[5]“高分四号”卫星大面阵红外相机视频处理电路的FPGA设计[J]. 刘涛,张晔,李亮,王洋,张旭,黄竞,王华. 航天返回与遥感. 2017(03)
[6]红外图像校正与增强技术研究现状[J]. 张宝辉,姚立斌,张巍伟,陈莹妍,王润宇. 红外技术. 2017(06)
[7]红外焦平面阵列的盲元自适应快速校正[J]. 李凌霄,冯华君,赵巨峰,徐之海,李奇. 光学精密工程. 2017(04)
[8]高性能短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展[J]. 邵秀梅,龚海梅,李雪,方家熊,唐恒敬,李淘,黄松垒,黄张成. 红外技术. 2016(08)
[9]应用于森林火灾监测的中波红外相机设计[J]. 陈凯,孙德新,刘银年. 红外技术. 2016(06)
[10]数字化红外焦平面技术[J]. 姚立斌,陈楠,张济清,纪忠顺,钟昇佑,李正芬,韩庆林. 红外技术. 2016(05)
硕士论文
[1]基于DM3730的长波红外相机系统[D]. 公彦超.天津大学 2014
本文编号:3676521
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3676521.html
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