基于FPGA的非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正技术研究

论文摘要

非制冷红外焦平面阵列是目前红外热成像领域中最为活跃的研究热点之一。它不仅在军事领域得到了充分的重视,而且在民用领域也获得了广泛的关注。由于制作材料的限制和制作工艺的不完善导致非制冷红外焦平面阵列各单元响应不同,阵列中甚至存在某些有缺陷的单元,导致了红外图像的非均匀性,影响了红外成像系统的探测性能。因此,非均匀性校正成为红外热成像技术中至关重要的问题。通过附加的非均匀性校正电路进行实时校正是提高探测性能的有效途径。目前,国内外文献中提出了大量的非均匀性校正算法,本文介绍了其中比较有代表性的算法,并分析了它们各自的特点,从而选定了适用于实时非均匀校正的基于温度定标的校正方法。在温度定标校正方法中,一点、两点校正法的校正精度不尽如人意,因此选择多点校正法。而多点校正法的关键问题在于辐照度范围的判定,判定过程需要大量的数据作比较。用电路实现多点校正法时,需要存储这些数据,这样就造成了系统设计困难,增加了系统成本。本文根据热敏单元响应单调递增的特性,提出了多点校正法中辐照度判定的一种新方法,通过计算机仿真,证明新的方法能够取得与原方法相当的校正效果,而在电路实现时需要存储的数据量远小于原方法,有效的降低了系统的成本。最后,利用Verilog语言设计了基于FPGA的实时非均匀性校正系统,实现了新的判定方法,并用Synplify软件编译综合出了各个系统模块的电路图。该系统通过了ModelSim的时序和功能仿真,仿真结果说明该系统能够实现非均匀性的校正。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 红外成像系统
• 1.2 非制冷红外焦平面阵列的发展现状
• 1.2.1 热释电探测器
• 1.2.2 测辐射热计
• 1.2.3 SOI 二极管UFPA 探测器
• 1.2.4 新型热机械非制冷红外焦平面阵列
• 1.2.5 基于光学读出的热电光非制冷红外探测器
• 1.2.6 新型热光非制冷红外探测器
• 1.2.7 发展趋势
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 非均匀性的产生原因及校正方法
• 2.1 非均匀性产生的原因
• 2.2 非均匀性的校正方法
• 2.2.1 基于红外辐射参考源标定的校正方法
• 2.2.2 基于场景自适应的校正方法
• 2.3 小结
• 第三章 非均匀性校正电路介绍
• 3.1 常见的非均匀性校正电路
• 3.1.1 基于DSP 的校正系统
• 3.1.2 DSP+FPGA 校正电路
• 3.1.3 基于FPGA 的校正电路
• 3.2 FPGA 工作原理
• 3.3 FPGA 设计流程
• 3.4 小结
• 第四章 一种多点校正法的新方案
• 4.1 多点校正法原理
• 4.2 辐照度判断的新方法
• 4.3 无效元的判定
• 4.4 无效元的补偿
• 4.5 小结
• 第五章 基于FPGA 的非均匀性校正电路
• 5.1 无效单元补偿模块
• 5.2 数学运算模块
• 5.3 参数选择模块
• 5.4 输出模块
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 多点校正模块原理图
• 附录 B 部分电路 Verilog 代码
• 攻硕期间取得的研究成果