非制冷红外热成像系统的小型化改进

论文摘要

红外热成像技术是当今夜视技术的发展热点之一。无论是观瞄成像,还是目标寻找,红外热成像系统都扮演着愈来愈重要的角色。采用微测辐射热计焦平面阵列作为探测器件的非制冷红外热成像系统,以其体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、性价比高等优点,在红外热成像系统的发展中占据着举足轻重的地位。本文在已研制成功的非制冷红外热成像系统的基础上,对原有的系统进行了小型化的改进,同时对性能进行了优化和改进,并增加了一些新的功能。本文第一章主要介绍了红外热成像技术的发展概况、数字系统的设计技术和FPGA的概况等基础,并阐述了论文研究背景和主要工作;第二章主要分析了非制冷红外热成像系统相关基本理论,探讨了红外热成像系统的基本成像原理;包括系统成像原理、红外焦平面阵列结构、实时信号处理、热平衡方程、非均匀性校正算法等。第三章基于前两章的理论基础,并参考已有的非制冷红外热成像系统,采用DSP+FPGA结构对原系统进行了小型化和性能优化的改进,设计了一套新的小型化非制冷热成像系统,并在新系统中加入了SPI接口功能,实现了DSP和FPGA对外部SRAM的共同访问。本章详细介绍了针对原系统的各种改进和实现方法,最后也给出了新系统调的试验截图。第四章专门针对新增加的电子变倍功能进行详细的介绍,并在一套可见光处理的系统中验证了该功能,并给出了相应的试验截图,以展示其功能效果。第五章总结了全文,并探讨了本文的有待进一步研究和解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 红外热成像技术概况
• 1.1.1 制冷型红外热成像技术发展概况
• 1.1.2 非制冷型红外热成像技术发展概况
• 1.1.3 非制冷型红外热成像技术的优势及前景
• 1.2 数字系统的设计技术
• 1.2.1 Top-down设计
• 1.2.2 Bottom-up设计
• 1.2.3 IP复用技术
• 1.3 FPGA概述
• 1.4 本论文研究背景及主要内容
• 2 非制冷型红外热成像系统基础理论
• 2.1 非制冷红外热成像系统工作原理
• 2.2 红外辐射基础原理
• 2.2.1 红外辐射特性及规律
• 2.2.2 大气对红外辐射传输的影响
• 2.3 非制冷红外焦平面阵列基础
• 2.3.1 非制冷红外焦平面探测器结构
• 2.3.2 非制冷红外焦平面阵列的热平衡方程
• 2.4 红外图像的处理
• 2.4.1 红外图像的非均匀性和漂移特性
• 2.4.2 基于标定技术的两点定标非均匀校正
• 2.4.3 红外图像的盲元替换
• 3 非制冷红外热成像系统的小型化改进设计
• 3.1 非制冷红外热成像系统的小型化改进工作简介
• 3.2 红外焦平面阵列 IRFPA
• 3.2.1 ULIS UL01011型微测辐射热计阵列
• 3.2.2 ULIS UL03081型微测辐射热计阵列
• 3.3 非制冷红外热成像系统小型化设计
• 3.3.1 信号处理电路系统的总体结构和工作原理
• 3.3.2 前端A/D数据采集电路设计
• 3.3.3 后端D/A转化电路设计
• 3.4 FPGA内部数字系统的改进
• 3.4.1 基于FPGA的实时图像处理功能的实现
• 3.4.2 FPGA芯片Cyclone系列EP1C20的结构
• 3.4.3 时钟系统的改进
• 3.4.4 视频合成及驱动的改进
• 3.4.5 实时图像信号处理的改进
• 3.5 外部SRAM共同访问的实现
• 3.6 新增SPI接口功能的实现
• 3.7 系统实物图及试验结果
• 4 电子变倍
• 4.1 电子变倍简介
• 4.2 硬件实现平台
• 4.3 电子变倍功能的实现
• 5 结束语
• 5.1 本论文创新点总结
• 5.2 本论文有待进一步研究和解决的问题
• 致谢
• 参考文献