基于384×288探测器的非制冷红外图像处理技术研究

摘要

非制冷红外热成像技术无论在军事领域还是在民用领域，都有着重要的作用和广泛的应用市场及前景。急迫的军用和民用需求，推动着红外技术持续迅猛发展。为了提高图像的分辨率，满足各种条件下的适用场合，目前384×288探测器开始逐渐取代320×240探测器成为主流探测器。 本文首先介绍了红外热成像技术的发展与现状，嵌入式系统与FPGA技术的基本概念，在此基础上研究了红外辐射特性、红外光学系统与红外焦平面阵列的工作原理，分析了红外图像信号特点及非均匀性校正算法。接着，在参考原320×240红外热成像系统的基础上，结合UL03041型红外探测器的工作原理及性能，本文提出了完整的384×288红外热成像系统设计方案，并重新选用了EP3C55F484C8N型FPGA芯片、HY57V93220T型SDRAM芯片应用于硬件电路设计。最后，根据系统工作要求，本文改进了FPGA系统中的片内逻辑模块和NiosⅡ处理器模块，对系统的时序管理、IRFPA的驱动控制、图像系统工作模式切换、视频合成、菜单界面的切换、SDRAM读写等功能进行了增加与改进。在此基础上对系统进行软硬件调试，最终获得了红外图像。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1红外热成像技术的发展与现状

1.1.1制冷型红外热成像技术的发展概况

1.1.2非制冷红外热成像技术的发展概况

1.1.3非制冷红外热成像技术的应用前景

1.2嵌入式系统与FPGA技术简介

1.3本论文研究背景及主要内容

2非制冷型红外热成像系统基础理论

2.1红外辐射特性

2.1.1红外辐射特性及规律

2.1.2大气对红外辐射传输的影响

2.2红外光学系统

2.3非制冷红外焦平面阵列

2.3.1非制冷红外焦平面阵列结构

2.3.2非制冷红外焦平面阵列热平衡方程

2.4红外图像的特点及预处理

2.4.1红外图像信号特点

2.4.2非均匀性校正

3非制冷红外热成像系统信号处理电路研制

3.1信号处理电路的总体结构

3.2信号处理系统的工作原理

3.3新系统的硬件电路改进介绍

3.3.1 UL03041型红外焦平面阵列的特点及电路设计

3.3.2 EP3C55F484C8N型FPGA芯片的特点与电路设计

3.3.3 HY57V93220T型SDRAM芯片的特点及电路设计

3.4新系统硬件电路板评估

4基于FPGA的实时图像处理模块设计

4.1基于FPGA的实时图像处理系统简介

4.2基于FPGA的实时图像处理模块设计工作介绍

4.3基于FPGA片内逻辑的功能实现

4.3.1系统的时序管理

4.3.2 IRFPA的驱动控制

4.3.3图像系统工作模式切换

4.3.4视频合成

4.4基于NiosⅡ处理器的功能实现

4.4.1 NiosⅡ处理器系统功能配置

4.4.2菜单界面服务程序改进

4.4.3从EPCS串行配置器件中引导程序

4.5非制冷红外图像处理系统调试与评估

4.5.1系统软硬件调试

4.5.2系统试验过程

4.5.3系统实物图及试验结果

5结束语

5.1本文的工作总结

5.2有待进一步进行的工作

致 谢

参考文献