320×256制冷型红外高灵敏度成像硬件研制

摘要

红外成像技术快速发展,越来越多的应用领域开始采用红外成像技术,相应的对红外成像系统的性能指标提出了更高的要求。其中成像灵敏度决定了红外成像系统分辨温度细节的能力,该指标以噪声等效温差作为客观评价标准。该指标作为表征红外成像系统性能的主要指标,一直是红外成像致力于改进的方向。本文以提高红外成像系统的成像灵敏度为目标设计并实现了一套红外成像硬件电路。
　　本文首先从红外探测器本身和硬件处理电路的角度分析了红外成像系统中的硬件噪声。红外探测器本身由于制造材料、生产工艺以及电路偏压等因素会引入噪声,而处理电路由于电路器件、电路组态以及环境因素等原因也会降低系统信噪比。经过比较分析,探测器偏压以及输出的像元信号受到的干扰将严重影响系统的成像灵敏度。所以,红外成像系统中稳定的探测器偏压以及合理的像元信号调理方案将是提高系统灵敏度的重要技术手段。
　　根据以上思路,本文设计了一套以差分处理为核心的模拟处理方案,以抑制模拟调理和采集过程中的共模噪声。分析红外成像的功能需求,完成了整机硬件构架设计。以减小系统噪声等效温差为目标,详细介绍了供电电路、探测器偏压电路、调理采集电路的设计以及对应PCB的实现。最终,完成了320×256制冷型红外成像系统的调试和测试。
　　在实际测试中,完成的320×256制冷型红外成像系统的输出帧频为100Hz,整机噪声等效温差为24.4mK。相比较于目前大部分红外成像系统在输出相同帧频下,噪声等效温差在30mK左右的水平,本系统取得了较好的成像灵敏度,有效验证了系统硬件的性能。

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1 绪论

1.1 制冷型红外成像系统简介

1.2 制冷型红外探测器的发展

1.3 国内外制冷型红外成像系统技术现状

1.4 本论文的主要工作

2 红外成像硬件噪声分析

2.1 探测器噪声分析

2.2 模拟处理电路噪声分析

2.3 本章小结

3 高灵敏度红外成像系统处理电路设计

3.1 红外探测器供电电路设计

3.2 红外探测器偏压电路设计

3.3 红外探测器调理采集电路设计

3.4 FPGA数据处理电路设计

3.5 印制电路板设计

3.6 本章小结

4 红外成像系统灵敏度指标测试与分析

4.1 红外探测器光伏二极管最佳偏压测试与分析

4.2 红外成像整机等效温差测试与分析

4.3 本章小结

5 工作总结与展望

致谢

参考文献