远红外焦平面探测器温度测定技术的研究

摘要

红外测温技术是最近几十年才发展出的最先进的非接触式测温技术[1]之一。这种技术通过接收物体发射出的红外线来反映物体表面的温度变化，相比较传统测温技术有很大的优势。本文基于红外热像设备以及先进的数字信号处理设备来实现红外测温功能，并将其应用到消防救援领域工作中，具有非常大的理论和现实意义。
　　 本文首先讨论了红外测温技术的基本原理，介绍了红外测温技术的理论依据:黑体辐射定律，并通过公式推导出了物体温度与红外辐射强度的关系。然后介绍了红外测温数学模型的两种数学建模方法:基于检定常数的数学模型和本系统中将要采用的基于参考温度的数学模型。本章的最后介绍了利用最小二乘法的测温标定方法，包括利用最小二乘法进行曲线拟合的原理，这些将用在第6章实验数据的处理中。
　　 其次，介绍了红外测温系统硬件平台的搭建，硬件平台主要包括以下模块:LVDS信号的转换和处理模块，这部分主要用于将热像仪输出的LVDS信号转换为TTL信号以方便数字信号的处理;FPGA图像信号初步处理模块，这部分接受LVDS信号转换模块输出的TTL信号并进行初步处理，为下一步ARM继续处理做准备;最后是人机交互模块，这部分我们采用双核芯片OMAP3530作为核心处理单元，对输入的数字视频信号进行处理，并接受用户的输入并显示相应点的温度。本章着重从原理上介绍了硬件平台的具体处理过程，并对实现过程做了详细的介绍，最后简要介绍了黑体炉选型和系统中用到的红外热像仪，为下一步软件的部署打下了基础。
　　 再次，介绍了红外测温系统的软件框架，为了提高软件的可移植性和可复用性，系统中使用了Linux操作系统。Linux操作系统经过20多年的发展，当前已经成为一个非常强大而稳定的操作系统[2]，它支持多用户、多进程、多线程并且实时性能也不断完善。本章从嵌入式Linux操作系统的移植，到I/O端口驱动程序的编写，再到应用程序关键技术的实现，都作了相应的介绍。
　　 最后，介绍了获取测温曲线的方法、实验的步骤和并对所获得的数据进行处理。通过实验获得的数据，通过Matlab计算软件利用最小二乘法进行拟合得到最适合的曲线。这条曲线将会被输入到嵌入式系统中用于灰度到温度的转换。