低功耗低噪聲非制冷紅外機芯組件設(shè)計研究.pdf

1、紅外成像技術(shù)是一種以熱輻射對象為探測目標的視覺成像技術(shù)。與可見光相比，紅外成像技術(shù)可以適應(yīng)更為復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境，是國防安全領(lǐng)域的重要技術(shù)支撐，在軍用和民用兩個方面都存在著巨大的應(yīng)用前景和市場潛力。西方發(fā)達國家的非制冷紅外成像技術(shù)起步較早，而國內(nèi)起步較晚，在技術(shù)上與國外存在一定差距。
　　非制冷紅外機芯組件是組成成像系統(tǒng)的核心部分。本文的研究內(nèi)容圍繞非制冷紅外機芯組件展開，主要從機芯組件的硬件系統(tǒng)和圖像算法兩個方面入手，以低功耗、

2、低噪聲為設(shè)計重點開展全文工作。
　　硬件系統(tǒng)上，本文機芯組件以FPGA為數(shù)據(jù)處理平臺，以信號處理方案和電源方案為設(shè)計要點。設(shè)計高效的硬件系統(tǒng)電源方案，以效率＞90％的開關(guān)電源方案和噪聲＜50μV的線性電源選型，實現(xiàn)較低的功耗以及較低的電源噪聲。在信號處理方面，通過基準源加運放的偏壓模塊和控溫模塊保證探測器低噪聲的工作環(huán)境；通過系統(tǒng)保護模塊和上電/掉電保護模塊確保系統(tǒng)安全性；通過降低DDR速率以及使用數(shù)字PID代替模擬PID反饋來降

3、低功耗。
　　在圖像算法上，本文詳細研究了紅外圖像處理常用的圖像算法。紅外圖像的算法處理主要包括非均勻校正、圖像增強（拉伸）以及圖像去噪。在非均勻校正方面，本文介紹了傳統(tǒng)的定點校正和基于場景的非均勻校正，著重分析了定點校正無法校正系數(shù)隨時間漂移的缺點，并且提出了一種用于校正圖像列條紋的非均勻校正方法。在圖像增強方面，本文對比研究了傳統(tǒng)的直方圖拉伸與線性拉伸，并提出了一種基于直方圖均衡化的改進算法，本文算法綜合線性拉伸與直方圖拉伸的

4、優(yōu)點，既能充分拉伸圖像，又不會過拉伸導(dǎo)致圖像毛糙，且能適應(yīng)不同場景。其后，研究了基于引導(dǎo)濾波器的圖像細節(jié)增強算法；在圖像去噪方面，本文對比研究了傳統(tǒng)的幀間平均濾波算法，并提出了一種精簡的可調(diào)性更好的以RC濾波電路模型為基礎(chǔ)的濾波算法。
　　綜上，本文在硬件系統(tǒng)和圖像算法兩方面入手，以更合理有效的硬件系統(tǒng)和圖像算法，實現(xiàn)了低功耗低噪聲高性能的目標，測試結(jié)果顯示，本文工作在機芯組件功耗和噪聲方面均有突破，功耗小于1.5 W，RMS噪聲