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小型化红外热像仪的标准化系统搭建以及算法实现

作　者: 樊晓清
导　师: 顾国华
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 红外热成像小型化系统设计 DDR3 伪彩色处理显示算法串口在线升级
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

红外热成像技术在军事领域与民用市场上都有着极为广泛的应用,但由于西方国家的技术与产品的封锁,而国内自主研发的探测性能指标与国外尚有很大差距,导致我国研制的红外热成像系统的应用受到严重制约。本课题拟通过采用最新的处理器和存储器构建高性能信号处理系统,结合低噪声电源电路与驱动电路,配合最优化的图像处理算法,以完成低成本高性能的小型化热成像系统的研制工作。本课题分析了国内外红外热成像技术发展趋势以及现状,研究了热成像系统的基本组成和传输模型,在此基础上深入研究国外先进红外探测器的焦平面组成结构、读出电路机理,探讨了针对红外图像特点所提出的一系列预处理算法,为系统的研制提供理论基础。为了达到系统小型化、低噪声、复杂图像算法处理实时化、图像细节分辨能力高等性能,采用了基于最新的处理器和存储器技术设计的FPGA+DDR3架构体系,并深入进行了低噪声电源和探测器驱动技术研究,通过研究DDR3存储器的工作原理和接口时序,实现了高速信号传输电路的稳定运行。研究并实现了多个图像处理算法共享DDR3内存的分时复用的仲裁控制方法,大量节省了小型化系统上宝贵的硬件资源；提出了基于灰度映射的红外图像伪彩色处理算法,有效提升人眼对红外图像的细节分辨能力。在以上技术研究的基础上,完成了针对某款非制冷焦平面探测器的小型化红外热成像系统,包括探测器驱动电路、主图像处理电路、电源电路及图像输出电路,可以实现VGA和PAL制式两种红外图像显示格式,并且通过串口可实现系统软硬件程序的在线升级。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 红外热成像技术发展概述  7-9
  1.2 非制冷红外热成像系统国内外研究现状  9-10
  1.3 本文研究目的及主要工作  10-12
2 非制冷红外探测器成像理论研究  12-22
  2.1 红外辐射特点及其传输模型  12-13
  2.2 非制冷红外焦平面探测机理  13-20
    2.2.1 UL 03041探测器工作原理分析  14-16
    2.2.2 FLIR Tau系列探测器工作原理研究  16-20
  2.3 红外图像特点及其预处理算法概述  20-22
3 小型化红外热成像系统设计  22-50
  3.1 小型化热像仪系统设计方案  22-23
  3.2 探测器驱动电路设计  23-32
    3.2.1 偏置电压信号产生电路设计  24-27
    3.2.2 数字时序驱动信号实现  27-29
    3.2.3 探测器输出信号数字化处理  29-32
  3.3 主图像处理电路设计  32-47
    3.3.1 基于DDR3存储架构的主图像硬件处理板设计  32-37
    3.3.2 红外图像硬件处理算法标准化模块设计  37-47
      3.3.2.1 DDR3存储器控制模块设计  38-40
      3.3.2.2 红外图像显示算法模块设计  40-47
  3.4 电源电路及图像输出电路设计  47-50
4 上位机及NIOS Ⅱ控制程序设计  50-58
  4.1 上位机软件程序设计  50-53
  4.2 NIOS软核控制程序设计  53-55
  4.3 串口在线升级FPGA程序  55-58
5 结束语  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-65
附录  65

小型化红外热像仪的标准化系统搭建以及算法实现

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