手持式红外热像仪的设计与开发

摘要

近几年来，非制冷红外焦平面阵列技术的发展和应用已引起国内外的广泛关注，该技术所取得的突破性进展使得红外摄像系统实现了非致冷、小型化、高密度、高可靠性和低成本应用，有广泛的军用和民用市场，是一个前景广阔的发展新方向。
　　随着可编程逻辑器件的性能不断地提高和新的开发工具的出现，片上可编程系统SOPC能够用灵活的设计方法、高效的开发手段、廉价的设计成本在 FPGA上实现系统级的设计，这也为低功耗、小体积、多功能的非制冷红外热像仪提供了发展方向。在这种背景下，本文在讨论红外热成像技术原理的基础上，以实用化为目的，设计了基于SOPC的非制冷红外热像仪的硬件系统。
　　本文详细地分析设计了系统的框架结构，本着灵活性和性价比的原则，合理地选择了器件型号以及搭建方法，并对每一个模块予以详细的电路说明。最终实现了一个高性价比同时方便重构及硬件升级的非制冷红外热像仪。该系统以ALTERA EPC4QI100 FPGA为核心，主要分为信号采集电路板和信号处理电路板两个部分。FPGA中输出焦平面所需的脉冲信号与信号采集电路板上电源偏置电路一起为焦平面阵列提供工作点，同时温度控制电路不断利用温度传感器检测焦平面阵列的背景温度，将背景温度信息反馈给控制器保持焦平面工作温度稳定。焦平面阵列在驱动信号的作用下响应目标辐射，将辐射信号转换为模拟电压信号输出，然后经过14位的高速并行AD转换器AD9240转变为数字信号。输出数字信号经过FIFO缓冲进入FPGA进行非均匀校正和盲元补偿，然后经过FPGA控制输出在 LCD上显示。在红外热像仪的基本功能实现后增加了诸如 USB接口连接、CF存储、时间记录等功能使其性价比更好，经过软硬件调试后系统成像效果良好。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 非制冷型红外成像技术的发展状况

1.3 热像仪分类

1.4 热像仪的发展与市场概述

1.5 本课题研究的主要内容

第二章 非制冷红外焦平面热成像技术原理

2.1 红外辐射原理

2.2 红外热像仪的基本组成

2.3 FPGA预处理逻辑

第三章 手持式红外热像仪的信号采集系统

3.1 非制冷红外焦平面驱动模块

3.2 焦平面驱动时序设计

3.3 焦平面阵列偏置电压模块

3.4 数据采集电路设计

3.5 温度控制电路设计

3.6 红外热像仪的供电模块设计

第四章 非制冷红外热像仪的信号处理系统

4.1 FPGA原理及器件选择

4.2 快门组件

4.3 数据存储

4.4 数据转换电路

4.5 外设电路

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果