贾功贤[1]2001年在《基于VI的IRFPA ROIC参数测试及热释电FPA凝视成像技术研究》文中认为红外焦平面包括制冷型焦平面和非制冷型焦平面两种。论文首先全面阐述了这两种焦平面技术的发展概况，分析了今后的发展趋势；然后介绍了焦平面技术在军事和国民经济各领域中的应用。红外焦平面技术涉及到很多方面，关键基础技术涉及红外材料、器件、电子学处理技术和读出电路等方面。本论文主要围绕读出电路的参数测试以及红外图像信号处理，着重研究了提高微机测试系统性能的措施，基于虚拟仪器技术的红外焦平面读出电路的特性参数测试和红外凝视成像技术。要提高微机测试系统的性能，首先要保证系统具有较强的抗干扰能力。这就需要弄清系统的干扰来源和传播途径，然后才能采取相应的抗干扰措施。硬件措施主要包括接地、屏蔽、滤波和隔离等，另外还需注意采取措施提高微机I/O通道的抗干扰能力；对进入微机系统的干扰需用数字滤波等软件方法加以抑制。为了提高测试精度，在数据采集中，可以采用量程自动切换、合理的采样频率以及加扰技术；对采集的数据，需要进行预处理，主要包括剔除含有粗大误差的数据和消除系统误差等。读出电路是红外焦平面阵列的重要组成部分之一，为了正确评价读出电路的性能，有必要开发一种系统来测试其特性参数。虚拟仪器是计算机软硬件技术和仪器技术相结合的产物，是测试技术发展的方向。根据读出电路的测试需要，选择了虚拟仪器开发平台。为了保证测试系统能测试各种读出电路和系统的灵活性，设计了以复杂可编程器件（CPLD）为核心的多功能信号源。根据读出电路的测试原理开发了相应的参数测试模块。为了保证系统的稳定性和测试精度，自行开发了增益自动控制模块以及数据预处理模块。与国内同类仪器相比，具有体积小、性价比高、易于修改、升级的特点，并且提供了丰富的数据显示功能，为定性评价读出电路的性能提供了有效的手段。该系统易于升级，只要增加必要的硬件和相应的参数测试模块就可以用于图像传感器以及红外焦平面器件的测试。该系统已经成功应用于多个科研项目的测试中。非制冷成像技术是一门高新技术，热释电焦平面技术是实现非制冷红外焦平面阵列技术的主要途径之一。根据热释电焦平面成像原理，用SSPA器件在可见光条件下设计了基于虚拟仪器技术的热释电凝视焦平面成像模拟系统，包括光学系统、斩波控制、驱动信号设计、基于虚拟仪器技术的图像数据采集和相关的图像处理技术，如图像差<WP=5>分、非均匀性校正、图像增强和动态显示等。所有的软件模块都是根据相应原理自行开发的。通过该实验，我们预先研究了热释电成像技术，对开发实际的热释电成像系统具有重要意义；另一方面也为开发基于虚拟仪器技术的完整的红外焦平面性能测试评价系统，包括读出电路和红外焦平面器件的特性参数测试以及成像性能测试奠定了坚实的基础。
薛联[2]2003年在《128×128热释电红外焦平面阵列的参数测试和联调实验》文中研究说明非制冷红外热成像器件因其成本低，重量轻而在军事和民用领域具有广阔的应用前景，研制、开发和生产具有完全自主知识产权的非制冷红外热成像器件，有利于促进我国红外热成像产业的发展，增强我国的国防实力。与其它非制冷红外热成像器件相比，热释电红外焦平面阵列具有响应快、功耗低、不需恒温、较易加工等特点。本文针对128×128热释电红外焦平面阵列开发过程中的读出电路与器件的参数测试和联调成像实验要求，利用虚拟仪器通过软件编程来实现不同仪器功能的特点，高效率、低成本地完成了开发中的参数测试和联调成像实验。主要工作包括：1． 为准确评价新研制的128×128热释电红外焦平面阵列读出电路的性能，改进了基于虚拟仪器的红外焦平面阵列读出电路的参数测试系统的软件和硬件，对读出电路的主要特性参数进行了测试，测试结果为读出电路的改进设计提供了重要依据，也为研制更大规模的器件奠定了基础。2． 研究了热释电器件的联调成像实验系统，开发了实验必须的虚拟仪器系统软件。由于热释电器件必须通过一定频率的斩波调制使输入辐射发生变化才能正常工作，实验中通过驱动信号源、斩波装置和成像镜头的调整，使成像系统各部分协调工作，最终实现成像。应用这一系统，在国内首次获得了128×128热释电红外热像。热像能直观地显示器件的性能，能够看到热像是新器件研制成功的重要标志。3． 开发了的基于虚拟仪器的红外焦平面阵列的参数测试系统的软件。软件的用户界面友好，测试操作简捷，并已成功用于一种制冷型红外焦平面成像器件的测试。本文的研究工作为红外焦平面器件的研制和开发提供了一种低成本、高效率、方便灵活的测试方法和实验验证手段。
魏亚姣, 周慧鑫[3]2009年在《非制冷IRFPA的盲元产生机理及响应特性分析》文中研究表明盲元的数量及分布严重影响了非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)的成像质量,因此需要对盲元的来源和产生机理作一深入研究。文中在盲元定义的基础上,论述了其产生机理,并详细分析了盲元的响应特性,为盲元检测与补偿技术的研究提供了理论基础。
唐源[4]2007年在《热释电IRFPA非均匀校正算法的研究与实现》文中指出在过去几十年中，国外制冷型红外热成像技术已经从第一代发展到了第叁代，集成非制冷探测器阵列也正迅速发展，出现了红外焦平面器件等兼具辐射敏感和信号处理功能的新一代探测器件，大大提高了系统的灵敏度及系统的可靠性。我国从20世纪90年代开始了集成非制冷探测材料和器件的研究。但是对非制冷热成像探测阵列的研究尚处于起步阶段。热释电型红外焦平面阵列(IRFPA)是非致冷红外热成像技术发展的主流之一，然而其中存在一个最大的缺点是其固有的非均匀性，这严重影响红外图像的成像质量，使图像模糊不清，不能从中提取出特征，甚至失去可探测性，极大的限制了红外焦平面成像系统的探测性能。实用化、实时的非均匀性校正技术是红外焦平面阵列器件应用的一个关键技术。本文就是针对热释电型红外焦平面阵列的非均匀性特征，开展对热释电红外焦平面阵列的非均匀性分析以及其校正方法的研究。本论文论述了红外焦平面阵列技术的发展状况，红外热成像仪组成部分，以及各部分的特点；详细讨论了非均匀性的概念和评价标准，并深入分析红外焦平面阵列非均匀性的来源和产生的机理；然后分析比较了几种非均匀性校正的方法，指出了其各自的优缺点和适应场合，并用MATLAB软件仿真了其中几种校正算法；最后在分析热释电红外焦平面阵列图像特性的基础上，基于FPGA&DSP硬件平台，编写和调试了非均匀性校正和图像增强算法，对热释电红外图像进行处理，达到一定效果。
何健[5]2008年在《铁电非制冷IRFPA实时成像系统和自适应非均匀校正算法研究》文中进行了进一步梳理红外热成像技术是当前夜视技术发展的主流技术,作为一种发现、探测、识别热目标的手段在军事和民用领域都获得了广泛的应用。热释电红外焦平面阵列是当今铁电非制冷红外热成像技术发展的主流。然而热释电红外焦平面阵列非均匀性的存在严重影响了其成像质量,难以满足实际应用上对图像质量的要求。继续提高探测器件的研制、生产工艺水平,实际降低器件的非均匀性,投资巨大、收效较慢。实时的非均匀性校正技术的发展和应用解决了这个困难。非均匀校正技术可分为两类:启动时应用校准图像定标的基于参考辐射源的非均匀校正技术和对参数漂移进行连续校正的基于场景的非均匀校正技术。基于参考辐射源的非均匀校正技术需要根据参数的漂移每隔一段时间停机进行重新校正,同样也需要一套昂贵的装置。正是基于这些原因,基于场景的非均匀校正技术变得越来越受欢迎,常值统计约束算法在基于场景的非均匀校正技术中被经常应用,常值统计约束算法在不需要事先用定标图像定标等处理的情况下可以对图像的偏置和增益误差进行校正,更为重要的是常值统计约束算法的模拟校正电路更容易集成到探测器的芯片上。本文研究的主旨是:通过所设计的成像系统,获得红外图像序列,在数字和模拟仿真平台上对可进行片上实现的常值统计约束(CS)算法进行理论和应用两方面的仿真验证,为将CS算法模拟校正电路集成到探测器上的片上实现奠定理论基础。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、铁电非制冷红外技术和热释电红外焦平面阵列非均匀性校正算法展开研究。其次,对所设计的基于DSP+FPGA的红外实时图像采集系统,从硬件结构和软件结构两方面进行了详细的介绍。系统中,DSP实现了图像处理和系统处理流程的主控核心功能,FPGA实现了数据采集、转储、显示及系统处理流程的从控辅助功能。最后,进一步研究了常值统计约束算法(CS)的校正原理,应用采集到的红外图像序列,在MATLAB数字仿真平台上对CS算法本身的理论正确性和有效性进行了验证;设计了CS算法片上实现的模拟校正电路,在Cadence模拟仿真平台上对该电路在片上实现的可行性进行了验证,仿真结果表明该电路的性能达到了预期目标,可采用0.5μm CMOS工艺进行硬件电路实现。
董世都[6]2011年在《计算机视觉测量关键技术研究》文中研究指明在一些应用中,快速非接触测量物体的温度、数量、大小、距离等数据非常重要。传统的测量方法需要与被测物体接触,且测量速度慢、劳动强度大,很难满足这些应用的要求。视觉测量技术是利用摄像机采集图像,通过计算机分析处理图像获得物体的位置或温度等信息,具有非接触、速度快、高精度和自动化程度高的特点,在生产、安全,国防及医疗等领域中具有广阔的应用前景。本文对红外及可见光视觉测量的关键技术进行研究,主要完成了如下工作:(一)提出一种红外摄像机内部的红外辐射对成像质量影响的消除方法。该方法分为叁步:1)采集不同环境温度的两点数据,并利用最小二乘法求出两点数据随摄像机温度变化的函数。2)利用这些函数,就可以根据摄像机温度计算其两点数据。3)用两点校正法校正采集到的图像。理论分析及实验表明,该方法能在工作温度范围内消除内部辐射对红外图像的影响。(二)提出一种红外摄像机内部的红外辐射对测温精度影响的补偿方法。该方法分为叁步:1)获取标定数据,并利用最小二乘法求出标定函数。2)获取补偿数据,并用曲线拟合求出补偿函数。3)利用标定函数和补偿函数,就可以根据像素值和摄像机温度计算出任一环境温度下物体的温度。另外,获得补偿数据很耗时,提出了补偿数据的移植方法。该方法首先计算母摄像机和与之结构完全相同的子摄像机内部辐射响应率的比值。利用该比值,就可根据母摄像机的补偿数据计算出子摄像机的补偿数据。实验结果表明,母子摄像机都能在2°C的误差范围内测量物体的温度。(叁)提出一种带叁轴加速度传感器的单摄像机绕固定旋转轴转动测量物体叁维坐标的方法。1)给出了不同位置的摄像机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量与摄像机旋转角度的关系,该旋转角度可由叁轴加速度传感器的读数计算获得。2)通过标定数据及坐标系的变换关系,提出了一种计算旋转轴相对于摄像机坐标系的位置和方位的方法。3)在给定两位置采集的物体图像及摄像机的旋转角度,计算出物体的叁维坐标。实验结果验证了该方法的有效性。(四)提出材料样本腐蚀产物的检测及面积测量方法。首先,标定摄像机,校正摄像机畸变并获取物体坐标系到图像坐标系的映射。其次,通过使用像素间的色彩距离计算边的权值,改善最小割、随机游走及Power Watershed分割腐蚀产物的效果。第叁,这些分割方法需要事先标识种子,这是一个非常繁琐的工作,本文提了一种交互式的腐蚀产物检测并标注其种子的方法。该方法只需要标注第一个腐蚀产物的种子,并用以上方法分割出该腐蚀产物。然后利用该腐蚀产物的色彩及文本特征,检测其余产物,并标注其种子。最后利用这些种子继续进行分割。重复该过程,直到所有腐蚀产物都分割完全止。实验表明,经过几轮循环,该方法能检测、分割出全部腐蚀产物,并能计算出其大小。
吴悦[7]2017年在《红外焦平面探测器测试系统软件设计》文中研究表明随着红外热成像技术在军事、医学、气象等多个领域的广泛应用,其核心器件红外焦平面探测器得到了国内外学者和工程技术人员越来越多的关注。为了确保红外成像系统的图像质量,构建专用的红外焦平面探测器性能测试系统是十分必要的。本论文基于虚拟仪器(VI)技术,设计实现了一套红外焦平面探测器测试系统,主要对其应用软件进行了开发。该系统能够完成对多种型号探测器性能参数的测试,对国内热成像技术的研究与应用有着积极的促进作用和参考价值。论文的主要研究工作如下:1.根据红外焦平面探测器的工作原理及功能与性能需求,设计了测试系统的总体架构。该系统主要由PXI E×press总线测试仪器、低噪声高稳定偏置电源、低噪声多路差分放大器、高速A/D适配模块、工控机和显示器等功能部件组成。2.基于LabVIEW程序开发环境,设计了测试系统的应用软件,该软件的功能包括登录、自检、测试、回放等四大模块,分别用以完成对红外焦平面探测器性能数据的采集、处理、分析,以及显示和记录。3.针对数据采集速率高和数据处理数据量大的特点,分别通过使用LabVIEW和VHDL共同开发FPGA以及LabVIEW与MATLAB交叉编程的方式,解决了高速采集中数据丢失、误码以及LabVIEW在工程和数学计算方面有一定局限性的问题。4.实现了一套红外焦平面测试系统,并通过对两个具体探测器的测试分析,验证了本系统的测试功能及性能,结果表明:本文设计功能齐全,性能良好,完全能够满足实际的测试需求。
李晓锋, 虞瑛英, 闫宁[8]1999年在《面向21世纪的半导体光电子器件》文中研究表明面向２１ 世纪的高度信息化社会，人们正在大力开发新一代高性能半导体光电子器件，以满足高速、宽带、大容量、高清晰信息传输、存贮、处理、获取的需要。文章介绍了有关的高速ＬＤ、高速ＰＤ、大面阵ＣＣＤ、新型红外焦平面阵列、多功能集成光学器件等的发展动向。
李应康[9]1995年在《国外热成像技术在军事上的应用现状和发展趋向（二）》文中认为概述了国外热成像技术在军事上的应用现状和发展趋势，介绍几种军方关注和需求的第二代热像系统以及与此有关的武器改进计划。最后对红外焦平面探测器阵列的发展成果、生厂厂家及其军品市场的变化作了描述。
孟祥笙[10]2014年在《高性能微型红外热成像系统关键技术的研究》文中进行了进一步梳理非制冷红外热成像技术由于能比较全面地满足军事应用上的各种需求而成为世界各国竞相发展的重点技术。近年来,随着科技水平的日益增长,非制冷红外热成像技术成果颇丰。然而,我国在红外热成像领域由于起步晚、技术差而远远落后于世界领先水平。因此,出于国土安全和国防建设的需要,大力发展对非制冷红外热成像技术的自主研发能力成为当务之急。本文采用由整体到局部的设计思路,在重点分析并改进热成像系统关键技术的基础上,完成了高性能微型非制冷红外热成像系统的设计,论文主要内容综述如下:(1)确定了高性能微型红外热像仪的技术参数,以该技术参数为依据对系统供电、探测器驱动、探测器输出转换以及视频信号处理四大功能模块进行详细的设计。(2)电源网络采用SR-BUCK(同步降压型开关电源)和LDO(低压差线性稳压器)的组合方案,以满足高效率、低功耗以及低噪声的要求。(3)模拟区域采用高精度DAC(数模转换)+滤波+运放驱动的方案,配合偏压合理配对以抵消共模噪声,保证系统工作在极低噪声的环境中。(4)高速数字信号区域的DDRII(双倍速率同步动态随机存储器)采用无阻抗匹配的设计方案,以符合系统微型化与低功耗的要求。(5)对本系统的调试结果表明:本系统各模块工作良好,对于电源以及偏压的低噪声处理取得成效,RMS(534μV)、σt(73μV)和σtv(158μV)噪声大幅减小;DDRII模块功能正常,能够有助于清晰稳定的输出图像;基于以上结果,相关图像处理算法发挥了最大优势,系统在整体成像方面有了大幅提高。
参考文献：
[1]. 基于VI的IRFPA ROIC参数测试及热释电FPA凝视成像技术研究[D]. 贾功贤. 重庆大学. 2001
[2]. 128×128热释电红外焦平面阵列的参数测试和联调实验[D]. 薛联. 重庆大学. 2003
[3]. 非制冷IRFPA的盲元产生机理及响应特性分析[J]. 魏亚姣, 周慧鑫. 电子科技. 2009
[4]. 热释电IRFPA非均匀校正算法的研究与实现[D]. 唐源. 昆明理工大学. 2007
[5]. 铁电非制冷IRFPA实时成像系统和自适应非均匀校正算法研究[D]. 何健. 昆明理工大学. 2008
[6]. 计算机视觉测量关键技术研究[D]. 董世都. 重庆大学. 2011
[7]. 红外焦平面探测器测试系统软件设计[D]. 吴悦. 西北大学. 2017
[8]. 面向21世纪的半导体光电子器件[J]. 李晓锋, 虞瑛英, 闫宁. 半导体光电. 1999
[9]. 国外热成像技术在军事上的应用现状和发展趋向（二）[J]. 李应康. 红外技术. 1995
[10]. 高性能微型红外热成像系统关键技术的研究[D]. 孟祥笙. 电子科技大学. 2014