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1、 华中科技大学HuazhongUniversityofScienceandTechnology 非制冷红外焦平面阵列成像电路实现 光学工程201G级001班 选题背景及意义 选题的背景 选题的意义 丰富的民用场景 实用的军用场景 红外成像系统由于其自身的一些特性 尤其是对温度方面的特性 在目标识别方面占据了很大的优势 随着光学技术的发展 红外成像技术在现代科学中发挥了至关重要的作用 各种红外成像系统已经广泛的应用于成像 跟踪 制导 侦察 遥感 弱信号探测 辐射测量 自动控制和激光探测等许多方面 尤其是因为红外探测器在军事中的应用而受到各国广泛的关注 并且得到迅速的发展 研究意义 1 一切高于热
2、力学温度的物体都在以电磁波方式向外辐射能量 2 大气 烟云等吸收可见光和近红外线 但对8 14um的热红外线却是透明的 前提依据 本课题的任务便是驱动非制冷红外焦平面阵列工作对外界的红外信号敏感 然后对输出信号进行处理 包括模数转换 非均匀校正等 最后将得到的数字信号通过USB2 0上传至上位机进行显示 国内外发展现状 国外发展现状 国内发展现状 作为世界最先进的高科技产品 红外热像仪的知名品牌主要集中在美国 其中最为出名的当属RNO FLIR公司 RNO公司于1940年成立于美国芝加哥 是全球历史最为悠久的热像仪生产企业 以生产中高端热像仪为主 在二战中 RNO热像仪曾广泛应用美国军方 FL
3、IR主要生产中低端的单筒红外夜视热成像仪 由于其没有光学产品的生产技术 所以一般生产低倍率 低分辨率的名用产品 在美国市场 FLIR占据大部分4000美元以下的低端热像夜视仪产品市场 FLIR公司的PS32 RNO公司的HC336 3 武汉高德 浙江大立 广州飒特 久之洋 其他研究所等 43 18 16 6 17 国内主要红外产品企业的市场占额 这个世界是不进则退的 强者恒强 近十年来 我国在红外热像成像技术方面呈现飞速发展的趋势 与欧美国家的差距已经逐步缩短 某些武器装备的研制甚至与西方同步 红外热像仪发展方向 1 更高的阵列数2 更小的像素间距3 更清晰的成像的质量4 更轻 更小 价更低
4、整体方案的提出与实现 方案的提出 方案的实现过程 得到未处理红外图像数据 基本显示 对图像数据进行处理和传感器温度控制 对数据传输速率进行控制 得到稳定图像 RTD311实物图 1 2 3 4 RTD311的驱动电路模块 驱动RTD311输出的模拟信号以及A D后的数字信号 使得传感器像素点的响应更加均匀 得到的图像质量清晰 非均匀校正模块 控制RTD311传感器内部温度平衡 输出更稳定 温控模块 数据传输模块 数字信号传输至上位机 显示图像 关键技术与实践难点 选题的关键技术 选题实践难点 1 由于RTD311芯片对电源要求较高 具有相对较严格的上电顺序 2 输入时序信号 采用12MHZ的时
5、钟作为RTD311的MC像素时钟 FS的时期 298有效的行同步脉冲 LS 输入应确保298行的视频数据可以输出 FS高电平持续时间应等于一个MC周期的上升沿和下降沿 起始信号对齐到MC上升沿 LS高电平持续时间应该等于一个MC周期 上升沿和下降沿时间 对齐到MC的上升沿 此时便可在AOUT端用示波器测试到不稳定的模拟信号 3 加载DDAC数据 由时序图可以看出 在行有效时期内完成的是对当前行的像素积分以及对上一行的图像输出和下一行的校正数据加载 USB2 0的传输方式分为四种 中断传输 控制传输 同步传输和块传输 实时视频传输中只能采用同步传输和块传输 USB2 0理论传输速度可达到480b
6、it s 但受电脑配置不同和硬件电路的处理时间不匹配造成传输速度上的不匹配 USB2 0的传输速度可能会受到一定的影响甚至图像正常显示 为此 决定首先采用模拟数据传输方式 采用FPGA模拟仿真图像时钟以及行 场信号输出给UBS作为图像信号 测量USB2 0的速度以及选定传输的最佳配置方法 目前 国内外研究人员提出了多种红外焦平面阵列非均匀性校正方法 概括起来可以分为两大类 基于标定的非均匀校正算法和基于场景的非均匀校正算法 1 一点校正发2 二点校正点3 多点校正发4 多拟合校正法 1 神经网络校正方法2 时域高通滤波算法3 维纳滤波算法4 场景匹配算法 基于场景的这类非均匀算法要求场景或镜头保持运动 并且要有大量的图像帧参与运算 算法量大 限制了场景类校正算法在工程中的运用 因此 综合考虑 采用基于标定的校正方法 降低开发时间的同时比较几种非均匀校正的差距 并先采用MATLAB进行仿真 选取开发性价比最高的方法 项目现状与进展情况 项目现状 项目的进展情况 后续的调试以及仿真 后续的调试 仿真 立足于现在所做的 发奋挑战接下来的任务 本课题将要完成对非制冷红外焦平面阵列的时序驱动 芯片温控 以及图像的非均匀校正 通过USB端口上传至PC或平板电脑上 以最终可以得到显示较为清晰的红外热图像为目的进行动手 期间可能会碰到一些问题 但相信自己可以克服困难 完成任务 谢谢
