面阵红外传感器的图像数据采集与显示技术研究

摘要

自从1800年赫谢尔利用水银温度计制作的最原始的热敏探测器发现了红外辐射以来,人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测。时至今日,红外热成像技术已获得了蓬勃发展,应用领域不断扩展,在国民生产和国防建设中发挥着至关重要的作用。相比于国外先进的技术水平,我国在红外热成像领域的发展相对落后,这不仅是因为我国红外成像技术起步较晚,更重要的是国外对于红外成像敏感技术的垄断和保密。因此,打破这种垄断格局,自主研发出高性能的红外成像设备,事关国家的经济发展和国防安全,是我国亟待解决的一个技术难题。
　　 本文针对一款美国生产的红外摄相机,设计了一套数据采集和显示系统,通过提升其视频显示帧率提高其输出图像的质量,实现高帧率的图像输出,打破禁运,从而扩大其应用范围。首先,通过对该相机IRFPA传感器输出的图像信号的分析,明确了其输出信号的特点；接着,以该信号特点为依据提出了系统整体设计方案,以数字信号处理器TMS320C5509A作为控制器,采用硬件电路和查表法实现对红外图像信号的数据采集和实时处理；最后,通过CH7013B完成所采集红外图像的视频编码输出。通过实验的测试,证明本系统的设计方案是可行的,能够完成对IRFPA传感器输出图像信号的转换、采集、存储和实时显示。系统输出的视频显示帧率由8.33Hz提升到了25Hz,达到了设计的要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外红外传感技术的发展

1.2.1 红外传感器的原理和分类

1.2.2 国外的发展

1.2.3 国内的发展

1.3 本文的主要工作

第二章 数据采集系统的设计原理和设计方案

2.1 红外传感技术的特点

2.1.1 材料及其性能

2.1.2 非均匀性校正技术

2.2 FLIR红外相机的信号分析

2.3 数据采集系统的总体设计方案

2.3.1 功能模块的划分

2.3.2 整体功能的实现

第三章 数据采集系统的硬件设计

3.1 数据采集模块的设计

3.1.1 缓冲电路的设计

3.1.2 采集电路的设计

3.2 数据转换模块的设计

3.2.2 信号同步的设计

3.2.3 数据转换的设计

3.3 数据显示模块的设计

3.3.1 数据缓存的设计

3.3.2 编码芯片的配置

3.4 DSP的配置和功能设计

3.4.1 DSP的硬件配置和内存分配

3.4.2 DSP的功能设计

3.5 电源模块的设计

3.6 外部通信接口的设计

第四章 数据采集系统的软件设计

4.1 嵌入式控制程序的设计

4.1.1 系统初始化

4.1.2 系统控制过程

4.1.3 中断响应过程

4.2 系统调试程序的设计

4.2.1 显示界面

4.2.2 数据处理程序

4.3 数据分析与数据处理

4.4 本章小结

第五章 红外传感器的数据采集与显示实验分析

5.1 对测试图像源的采集和显示实验

5.1.1 源图像的发生

5.1.2 源图像的信号采集与存储实验

5.1.3 源图像的实时显示实验

5.1.4 查找表进行数据转换实验

5.2 红外传感器的数据采集与图像重建实验

5.2.1 数据的采集与显示实验

5.2.2 数据格式的分析与重建实验

5.3 红外图像的校正实验

5.3.1 红外图像的灰度变换实验

5.3.2 红外图像的叠加校正实验

5.4 本章小结

第六章 工作总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢