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非制冷红外热成像系统研究

邢素霞  
【摘要】:无论是在军事上,还是商业上,红外热成像系统都发挥着重要的作用。非制冷红外热成像系统,以其价格低、可靠性高、体积小、功耗低等优势在红外热成像系统的发展中占据着重要地位。非制冷红外热成像系统包括红外光学系统、非制冷红外焦平面阵列、温度稳定,驱动电路、图像处理器、视频合成和视频显示驱动电路等。本文在非制冷红外热成像系统基本理论和红外图像处理算法研究的基础上,设计并研制了具有实时图像处理功能的非制冷红外热成像系统,取得了很好的成效。 非制冷热成像系统的基本理论研究是研制红外热成像系统的基础。本文首先从基本理论入手,对红外热成像系统的基本成像原理、微测辐射热计的工作性能、影响系统工作的主要因素以及红外图像处理算法进行了探讨。 非均匀性校正、盲元补偿和图像增强是目前红外图像处理的主要手段。本文首先对红外图像的特点以及非均匀性产生的因素进行了分析,讨论了现有的几种非均匀性算法,并以两点非均匀性校正算法和LMS自适应非均匀性校正算法为基础,对两种算法进行综合,提出了基于LMS和两点非均匀性校正的综合改进算法,该算法继承了两种算法的优点,既解决了两点非均匀性校正算法的时间漂移问题,简化了非制冷热成像系统设备,又缩短了LMS算法到达最佳校正效果的速度。 针对红外图像中盲元存在位置比较集中的特点,本文对邻域平均补偿和邻域像素替代两种算法进行了讨论。对红外图像增强,本文讨论了普通线性灰度变换与自适应线性灰度变换图像增强算法,自适应线性灰度变换算法具有实现简单灵活,图像增强效果明显的优势。 本文以实时性和小型化为出发点,设计并研制了基于DSP+FPGA的小型化高速图像处理器。包括焦平面阵列驱动电路、温度稳定电路、数据采集、数字信号处理、数据转换、视频合成等功能模块。驱动电路是正确输出红外信号的基础。温度稳定电路用于保证焦平面工作基准温度的一致性。DSP和FPGA是目前的高速数字处理器件,是实时系统设计的理想选择,二者互相配合,共同完成非均匀性校正、盲元补偿和图像增强等图像处理算法。在本系统设计中,均采用了高速器件,通过优化系统设计,实时实现了红外图像处理功能,对红外热成像系统研制具有重要意义。 本文针对小型军用CRT显示器4SG31Y43,设计了满足军用标准的视频显示驱动电路,由于在设计中采用了高度集成模块,并对部分电路作了合理调整,克服了传统驱动模块体积大的缺点,同时可以满足视频显示的所有功能,取得了很好的视频显示效果。 图像处理器与PC机的串口通讯是本文设计的重要内容之一。通过串口通讯,可以完成了对焦平面阵列输出信号的采集。本文通过采集到的红外图像信号,对各种非


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