微測輻射熱計(jì)焦平面陣列的成像系統(tǒng)研究.pdf

1、紅外熱成像技術(shù)是當(dāng)今夜視技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。無論是觀瞄成像，還是目標(biāo)尋的，紅外熱成像系統(tǒng)都扮演著愈來愈重要的角色。采用微測輻射熱計(jì)焦平面陣列作為探測器件的非制冷紅外熱成像系統(tǒng)，以其體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在紅外熱成像系統(tǒng)的發(fā)展中占據(jù)著舉足輕重的地位。本文在研究非制冷紅外熱成像系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和紅外焦平面陣列實(shí)時(shí)信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了集實(shí)時(shí)信號(hào)處理、異步串行通信、鍵盤服務(wù)等功能于一體的非制冷紅外熱成像系統(tǒng)，取得了很

2、好的成效，其性能評(píng)估結(jié)果表明已經(jīng)基本滿足了軍事應(yīng)用的需要。 非制冷熱成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論研究是研制紅外熱成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文首先從基礎(chǔ)理論入手，分析了紅外熱成像系統(tǒng)的基本成像原理、影響系統(tǒng)工作的主要因素、微測輻射熱計(jì)的工作原理，探討了獲得焦平面陣列最佳性能的途徑，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。 實(shí)時(shí)性是熱成像系統(tǒng)信號(hào)處理的基本要求，非均勻校正、盲元替代和圖像增強(qiáng)是信號(hào)處理的主要內(nèi)容。本文在基于標(biāo)定技術(shù)的非均勻校正方法的基礎(chǔ)上，

3、討論了兩點(diǎn)定標(biāo)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的綜合校正方法、基于LMS濾波器的校正方法和基于時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性的校正方法，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理提供了多種可能性選擇。基于時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性的校正方法從概率密度函數(shù)角度闡述了非均勻性，證明了時(shí)域直方圖和概率密度函數(shù)之間的等價(jià)關(guān)系，并指出該性質(zhì)可以用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，解決了直接存儲(chǔ)數(shù)據(jù)需要大量內(nèi)存空間的問題。 盲元檢測是盲元替代的前提。本文借鑒了多種盲元檢測方法，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了針對(duì)微測輻射熱計(jì)焦平面陣

4、列的評(píng)判準(zhǔn)則，獲得了與ULIS公司近似一致的效果。為了克服中斷式盲元替代的缺點(diǎn)，提出了基于標(biāo)志位的盲元替代方法。針對(duì)紅外圖像直方圖的特點(diǎn)，討論了自適應(yīng)線性灰度變換的圖像增強(qiáng)方法。 信號(hào)處理電路是熱成像系統(tǒng)的核心。所設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路可以完成實(shí)時(shí)信號(hào)處理、串口通信、直方圖統(tǒng)計(jì)、鍵盤控制、TEC溫度控制等功能。實(shí)時(shí)信號(hào)處理模塊采用流水線結(jié)構(gòu)，把非均勻校正、盲元替代、自動(dòng)增益控制功能集成于一條流水線，與傳統(tǒng)的乒乓結(jié)構(gòu)相比，時(shí)鐘頻率更低

5、，輸出延遲和系統(tǒng)功耗更小，結(jié)構(gòu)更簡單。設(shè)計(jì)的雙溫度點(diǎn)TEC溫度控制電路，兩個(gè)溫度點(diǎn)的穩(wěn)定精度均達(dá)到了±0.004℃，有效地保證了熱成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，同時(shí)解決了焦平面陣列的工作溫度和環(huán)境之間溫差增大引起的功耗增加問題。 充分利用信號(hào)處理電路板的數(shù)據(jù)采集能力和串行通信能力，構(gòu)建了紅外焦平面陣列的測試平臺(tái)，可以完成紅外焦平面陣列的非均勻性、響應(yīng)靈敏度、校正系數(shù)和盲元的測試，同時(shí)還可以采集其他紅外圖像數(shù)據(jù)，供人們在PC上進(jìn)行各種圖像處