微測輻射熱計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。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、性價比高等優(yōu)點，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時信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了集實時信號處理、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)計提供了理論指導(dǎo)。 實時性是熱成像系統(tǒng)信號處理的基本要求，非均勻校正、盲元替代和圖像增強是信號處理的主要內(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、討論了兩點定標(biāo)和運動補償相結(jié)合的綜合校正方法、基于LMS濾波器的校正方法和基于時域統(tǒng)計特性的校正方法，為系統(tǒng)的實時信號處理提供了多種可能性選擇?；跁r域統(tǒng)計特性的校正方法從概率密度函數(shù)角度闡述了非均勻性，證明了時域直方圖和概率密度函數(shù)之間的等價關(guān)系，并指出該性質(zhì)可以用于數(shù)據(jù)的存儲，解決了直接存儲數(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)合實驗數(shù)據(jù)的分析，建立了針對微測輻射熱計焦平面陣

4、列的評判準(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，提出了基于標(biāo)志位的盲元替代方法。針對紅外圖像直方圖的特點，討論了自適應(yīng)線性灰度變換的圖像增強方法。 信號處理電路是熱成像系統(tǒng)的核心。所設(shè)計的信號處理電路可以完成實時信號處理、串口通信、直方圖統(tǒng)計、鍵盤控制、TEC溫度控制等功能。實時信號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)計的雙溫度點TEC溫度控制電路，兩個溫度點的穩(wěn)定精度均達到了±0.004℃，有效地保證了熱成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，同時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，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，同時還可以采集其他紅外圖像數(shù)據(jù)，供人們在PC上進行各種圖像處