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轻型热瞄具成像系统的研究

王世允  
【摘要】: 在黑暗的环境中,轻型热瞄具的视距比微光瞄具远,比制冷型热瞄具要短,但是其携带方便,可以全天候工作,成为中距离观瞄的最好选择。在军事上,轻型热瞄具越来越受到人们的重视。西方国家早在20年前就开始了非制冷热像在军事上的应用研究,轻型热瞄具的技术现在也已经用于战场。国内的情况却不容乐观,首先是在技术上无法解决非制冷热探测器的生产,其次是轻型热瞄具机芯的研究有赖于一些民用企业,在性能上没有实质性的提高。鉴于这种情况,本课题在某单位的资助下,围绕着研究轻型热瞄具的机芯,提高实用性能的目的,分析了关键光电器件非制冷红外探测器的总体性能,介绍了机芯组件的设计,高低温性能的测试,辅助瞄准模块的研究等内容,宗旨是能将非制冷热像仪真正用于轻型热瞄具。 本文的主要内容如下: 第一章总结了微光和白光瞄具的技术现状和使用情况,说明了轻型热瞄具的研究是必然趋势。介绍了国内外轻型热瞄具的大体性能以及本论文的主要研究工作。 第二章从非制冷焦平面探测器的理论入手,详细分析了a-Si型微测辐射热计的探测原理、材料、内部的热结构、读出电路、偏置电压和噪声,研究了焦平面探测器的特性,这为机芯组件的开发提供了有力的理论基础。对于焦平面的校正原理和算法给予了介绍,确定在实时校正时采用两点校正法。 第三章设计了轻型热瞄具成像系统。根据轻型热瞄具的使用要求,设计了瞄具非球面红外光学系统;研制了性能稳定的机芯组件,该机芯可以完成非制冷焦平面的驱动、两点非均匀校正、图像直方图统计、键盘控制自动增益、十字分划、视频合成与PC机通讯等功能,能方便的与显示器件连接,采用FPGA+DSP搭配的形式,其中的温控电路,流水线处理,盲元替代的方式,都体现了瞄具机芯稳定和实时性方面的特点。使用OLED作为显示器件,更加符合温度、体积等方面的要求。 第四章从理论上分析了焦平面探测器的温度特性,研究了各种温度与成像质量以及功耗之间相互影响的关系。根据这些理论分析和瞄具的宽温范围使用的要求,从非均匀校正和焦平面探测器内部温度控制的电路上进行优化改进。设计了高低温评估试验,全面的测试和评估了机芯的工作性能。经过评估比较改进前后机芯的性能,可以看出,改进设计后的成像质量提高,功耗降低。最后就热像探测器的温漂现象进行了讨论,提出了抵抗环境温度变化的非均匀校正方法。 第五章根据人眼的视觉特性,研究了轻型热瞄具辅助瞄准模块,提出了开窗增强的思想,给出了开窗的具体流程,并就开窗增强的算法提出了新的想法。提出了用目标检测和定位的方法估计目标的距离、运动速度及方向,提出新的根据密度和亮度结合的方法来检测和定位,提高了检测的检测率和定位的实时性。这些研究的根本原则就是要在实时性上体现其优势,很好的解决实时性和算法精度的矛盾。 第六章总结了全文,指出了本文的创新点和进一步的工作。


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