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基于384×288探测器的非制冷红外图像处理技术研究

作 者: 仓黎黎
导 师: 钱芸生
学 校: 南京理工大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 非制冷红外热成像系统 微测辐射热计 FPGA 嵌入式系统 NiosII处理器
分类号: TN215
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 281次
引 用: 4次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 红外热成像技术的发展与现状  7-9
    1.1.1 制冷型红外热成像技术的发展概况  7-8
    1.1.2 非制冷红外热成像技术的发展概况  8
    1.1.3 非制冷红外热成像技术的应用前景  8-9
  1.2 嵌入式系统FPGA技术简介  9-10
  1.3 本论文研究背景及主要内容  10-12
2 非制冷型红外热成像系统基础理论  12-20
  2.1 红外辐射特性  12-14
    2.1.1 红外辐射特性及规律  12-13
    2.1.2 大气对红外辐射传输的影响  13-14
  2.2 红外光学系统  14
  2.3 非制冷红外焦平面阵列  14-16
    2.3.1 非制冷红外焦平面阵列结构  14-16
    2.3.2 非制冷红外焦平面阵列热平衡方程  16
  2.4 红外图像的特点及预处理  16-20
    2.4.1 红外图像信号特点  17
    2.4.2 非均匀性校正  17-20
3 非制冷红外热成像系统信号处理电路研制  20-33
  3.1 信号处理电路的总体结构  20-21
  3.2 信号处理系统的工作原理  21-23
  3.3 新系统的硬件电路改进介绍  23-30
    3.3.1 UL03041型红外焦平面阵列的特点及电路设计  24-27
    3.3.2 EP3C55F484C8N型FPGA芯片的特点与电路设计  27-29
    3.3.3 HY57V93220T型SDRAM芯片的特点及电路设计  29-30
  3.4 新系统硬件电路板评估  30-33
4 基于 FPGA的实时图像处理模块设计  33-65
  4.1 基于FPGA的实时图像处理系统简介  33-34
  4.2 基于FPGA的实时图像处理模块设计工作介绍  34-35
  4.3 基于FPGA片内逻辑的功能实现  35-47
    4.3.1 系统的时序管理  35-38
    4.3.2 IRFPA的驱动控制  38-42
    4.3.3 图像系统工作模式切换  42-45
    4.3.4 视频合成  45-47
  4.4 基于NiosII处理器的功能实现  47-60
    4.4.1 NiosII处理器系统功能配置  47-49
    4.4.2 菜单界面服务程序改进  49-55
    4.4.3 从EPCS串行配置器件中引导程序  55-60
  4.5 非制冷红外图像处理系统调试与评估  60-65
    4.5.1 系统软硬件调试  60-61
    4.5.2 系统试验过程  61-63
    4.5.3 系统实物图及试验结果  63-65
5 结束语  65-67
  5.1 本文的工作总结  65-66
  5.2 有待进一步进行的工作  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 红外技术及仪器 > 红外探测、红外探测器
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