邓莉[1]2002年在《64×64非致冷红外焦平面器件读出信号处理电路设计》文中进行了进一步梳理本文研究了64×64的非致冷红外焦平面器件读出信号处理的原理及其电路设计、实现和测试。 非致冷红外焦平面器件读出信号处理电路的性质由焦平面器件前端读出电路决定。本文讨论的非致冷红外焦平面器件的读出电路的实质是一RC振荡电路，其中的电阻是由红外传感材料制成的热敏电阻，该电阻的阻值随着被感知的红外辐射温度的变化而发生有规律的变化，从而使得振荡电路输出信号的周期发生相应的变化。本文研究的信号处理电路依据周期和温度的关系，从输出信号的周期信息中提取出温度信息，并表示成数字信号按照约定的时序关系发送给读出的成像处理电路生成红外图像。 本文研究了该读出信号处理电路并应用FPGA实现了这一电路。本文首先介绍了非致冷红外焦平面的发展和工作原理，然后研究了读出信号处理电路原理、接着设计了该电路，进一步地选择了适当的FPGA芯片实现了本电路，最后对本电路进行了测试并给出了测试结果。 本论文的工作属于非致冷红外焦平面器件研究工作的一部分，本文研究的64×64的非致冷红外焦平面器件读出信号处理电路为今后非致冷红外焦平面器件进一步的研制奠定了良好的基础。
沈晓燕[2]2002年在《非致冷红外焦平面阵列CMOS读出电路设计及其仿真》文中认为非致冷红外热成像仪具有重量轻、无需致冷、成本低等优点，有广泛的军用和民用市场，是热成像技术的发展方向。读出电路是红外成像系统中探测器阵列与信号处理器之间很重要的接口电路。文中详细描述了二维微测辐射热计焦平面阵列CMOS读出电路的工作原理，电路结构设计，并通过计算机仿真验证了电路设计的正确性。在对多种前置放大器比较分析后，提出了电容反馈互阻抗放大器结构。为了节省读出集成电路所占的面积，采用静态移位寄存器。在深入讨论读出集成电路噪声的基础上，提出了一种消除噪声的新方法一双复位法，克服了以往相关双取样的缺点，该方法没有增加电路功耗和硅集成电路的复杂程度，只要电容参数选择合适，理论上能完全消除KTC噪声，而且对1／f噪声也起抑制作用。最后，针对红外焦平面阵列的非均匀性，在传统两点校正法的基础上，提出了非均匀校正方案——偏置校正法。阐述了偏置校正法对非均匀性校正的实现原理，论证了其有效性及可行性。
黄竹邻[3]2005年在《非致冷红外图像DSP实时处理系统》文中提出基于非致冷红外热成像技术的探测器以其功耗低,重量轻,体积紧凑,且开机预热时间短和成本低等优点倍受国内外关注。由它组成的非致冷成像系统无需机械扫描机构,室温工作(不需致冷),从而使非致冷红外热像仪实现了小型化、便携化,并具有可靠性高和使用寿命长的特点,系统成本比致冷型热像仪降低近一到两个数量级。红外焦平面技术的应用涉及各个领域,从跟踪、制导、夜视、遥感等军事领域,已逐渐进入民用市场,例如,应用于天文探测,安全防范、消防、产业测温、医疗检测等方面。我国非致冷焦平面阵列技术虽已取得初步进展,但对非致冷热像仪的研究仍处在起步阶段,研制具有优秀的成像质量和智能化的热像仪,是未来热成像装置发展的方向。本文深入研究了红外焦平面阵列的结构、工作原理及红外成像实现过程,重点剖析了红外热像仪的各个组成部件及功能; 在掌握了整个红外系统中信号的流程后,提出了基于DSP的红外焦平面热图像视频数字处理电路的设计方案和NTSC/PAL视频制式转换实现电路; 利用两点校正算法进行非均匀性校正。作者的主要工作内容如下:(1)针对热图像处理的技术指标要求,完成并实现了基于DSP 的非致冷红外热图像实时处理系统的输入接口、图像处理核心模块、输出接口和时序设计。(2)详细分析了NTSC 和PAL 视频制式同步信号的差异,研制了NTSC/PAL 视频制式转换电路,解决了国际间热像视频技术交流障碍的难题。(3)系统介绍了红外焦平面非均匀性产生的原因,讨论了目前常用的几种校正算法并给出其数学模型,编写了基于C 语言的两点非均匀性校正程序,并在DSP 非致冷红外热图像实时处理平台上调试成功,明显提高了热图像的成像质量。本课题的设计都简便、易行,具有广泛的应用前景,并为非致冷热图像处理系统的进一步探索奠定了坚实的基础。
陈西曲[4]2007年在《非致冷红外焦平面的读出电路及测试系统研究》文中提出红外焦平面阵列(IRFPA)是红外系统及热成像器件的关键部件,在军事及民用领域得到了广泛应用,西方各发达国家长期以来一直很重视红外焦平面阵列的开发和研制工作。微测辐射热计型的非致冷焦平面阵列(UFPA)是当前红外焦平面发展的重要方向之一,其结构一般包括两个部分:红外探测器阵列和读出电路(ROIC)。互补金属-氧化物-半导体(CMOS)读出电路是读出电路发展的主流方向,也是红外焦平面阵列的关键技术之一,其性能影响甚至是决定着整个红外焦平面阵列乃至整个红外成像系统的性能。相对于西方几个主要发达国家来说,同非致冷红外焦平面阵列的其他技术一样,我国的红外焦平面CMOS读出电路技术以及包括测试CMOS读出电路性能的红外焦平面测试技术起步较晚,在上世纪九十年代才开始涉足。鉴于非致冷红外焦平面在军事应用方面的重要意义,我国迫切需要开发出拥有完全自主知识产权的红外焦平面阵列,应加快非致冷红外焦平面CMOS读出电路及其测试等各项关键技术(材料、读出电路、器件工艺、测试和信号处理等)研究的步伐。本文着重从微测辐射热计型非致冷焦平面的读出电路及其测试技术两方面开展理论和试验研究,主要内容包括:(1)分析了CMOS读出电路的相关技术,深入分析了CMOS读出电路的噪声特点,并比较了几种基本读出电路结构,主要包括自积分(SI)、直接注入(DI)、源级跟随器(SFD)和电容反馈负导放大器(CTIA)读出结构。其中DI读出结构电路简单,光电流注入效益高,但电路均匀性较差,KTC噪声较大;CTIA读出结构电路具备偏置稳定、高线性、噪声低,均匀性好、动态范围大等其他结构难以具备的优点,但电路结构复杂,功耗大。(2)提出了一种具有测辐射热计电流直接注入(BCDI)和电容反馈负导放大器CTIA相结合的CMOS读出电路结构,该读出结构具有DI和CTIA读出结构电路的各自优点,同时克服了两种读出结构电路各自固有的缺点,适合大规模红外焦平面。基于我们提出的读出电路结构,一个完整焦平面CMOS读出电路被设计出来,设计出的读出电路具有较强抑噪能力的相关双采样(CDS)电路。CMOS读出电路各部分的仿真及测试表明:设计的读出电路具有低噪声、低功耗及线性动态输出范围大等特点。(3)设计出了一个测试焦平面性能的低成本模块化测试系统,该系统包括黑体源、红外光学系统和偏压控制等模块,指出了焦平面待测的特征参数并分析了测试系统各模块的功能要求。该测试系统具有可拓展性、在线配置和兼容性等特点。对搭建的一个实际测试系统进行了定标试验,定标结果表明设计的测试系统具有较高的可靠性,能够满足红外焦平面性能测试要求。(4)最后,应用焦平面测试系统,对本实验室制作的32×32像元红外焦平面的读出电路试验芯片进行了测试试验,测试结果表明CMOS读出电路芯片读出功能正常,符合设计要求的各项性能指标,与电路的仿真结果一致,从而表明了我们提出的读出结构的CMOS读出电路设计的正确性,同时验证了其低噪声、低功耗和高线性等特性。
汪涛[5]2001年在《UMBIRFPA的计算机仿真及非均匀性校正研究》文中进行了进一步梳理非致冷微测辐射热计红外焦平面阵列(UMBIRFPA)是当代信息科学技术中红外技术学科的具有带动性的学科研究前沿之一。论文从红外技术、红外探测器和UMBIRFPA的历史、现状到发展趋势进行了比较全面的阐述。介绍了包括UMBIRFPA在内的红外探测器在军事及民事中的应用，重点描述了UMBIRFPA在民用上的广阔前景。UMBIRFPA的研制涉及到器件原理研究、红外材料的研制、微机械制造技术、低功耗信号读出技术、信号处理技术、红外成像技术、器件封装技术等方面。本文以对微测辐射热计工作原理的研究为基础，建立了UMBIRFPA的物理模型，对微测辐射热计进行了计算机仿真，并着重对UMBIRFPA的非均匀性问题进行了深入的研究。微测辐射热计是UMBIRFPA的核心部分，它是把红外辐射转换为温度变化再转换为电学量变化的象元单位。论文研究了微测辐射热计的结构与工作原理，并详细分析了红外辐射、传播、成像、吸收，给出了热平衡过程的计算方法。由于微测辐射热计在施加偏置电压的情况下，电热效应与红外辐射的共同作用使它表现出与其他红外探测器完全不同的一些特征，文中给出了响应率、噪声、噪声等效功率、噪声等效温差、光学增益、探测率等参数的计算方法，这些参数中的部分是微测辐射热计独有的，或者与其他的红外探测器的同一参数有所区别。非均匀性是任何焦平面阵列中必须解决的一个重要问题，而UMBIRFPA的非均匀性问题更为突出，尤其特别的是它受UMBIRFPA衬底温度的影响非常严重。如果要用传统的两点校正法来校正，必须采用昂贵的恒温系统，而且增加了系统的复杂程度。文中分析了UMBIRFPA的非均匀性受衬底温度影响的原因，计算了衬底温度对非均匀性影响的大小，提出采用叁点非均匀性校正新方法来克服衬底温度的影响，并分析了这种新方法的原理、实现方案和校正系数的获取流程。新方法使得对衬底温度控制变化范围的要求从0.01K降低到5K左右，因此控温更方便并且温度控制的方法可以从制冷改变为加热，这样可以大大降低系统的成本和复杂程度。UMBIRFPA是一种新型的红外探测器件，微测辐射热计的工作原理复杂，其性能受到很多因素的影响，目前国内尚处于发展初期，缺少实际的设计经验和理论认识，同时UMBIRFPA又是在集成电路工艺线上生产的，投资大、周期长，如果设计不当，不仅可能导致灵敏<WP=13>度降低、动态范围缩小、噪声增大、非均匀性增大等问题，更可能的是根本就不能用于成像，从而造成很大损失。本论文根据UMBIRFPA的原理，建立它的软件仿真系统，它可以根据给定的结构、环境、电路设置等参数首先模拟光热、热电转换过程，并可根据电路结构，模拟校准、参数调节并读出信号，给出读出电流和电压、光学增益、光学增益比、非均匀性等各特征量的定量变化过程，预测制成后器件的各种性能参数。因此通过对该模型的仿真，可以帮助人们认识微测辐射热计的原理与规律，分析设计过程中的不合理因素，检验各种设计方案，确定某些参数的最佳设置，以减少研制过程的时间和费用。最后论文还给出了UMBIRFPA中部分相关电路的设计方案。
李鹏[6]2007年在《非制冷红外成像设计与应用研究》文中研究说明无论是在军事上,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。典型的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、温度稳定器,焦平面驱动电路、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焦平面非均匀性校正的基础上,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。同时在对计算机视觉的叁维重建等基本理论进行了研究后,实现了基于红外成像的目标叁维测距的具体应用。本文首先介绍了国内外红外成像的发展情况,阐述了非制冷式红外成像发展的优势,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校正算法,并确定了使用两点法进行非均匀性校正。实际工作中采用DRS公司非制冷式红外焦平面器件U6000,利用FPGA+DSP的数字信号处理能力,设计制作完成了一套红外成像系统。文中根据成像器件,成像预处理,非均匀性校正,视频合成的结构分别对各部分设计作了详细的说明。同时,介绍了硬件设计中的注意事项。其次,在红外成像的应用中,本文主要考虑的是计算机视觉方向的成像测距应用。文章先阐述了计算机视觉的基本理论,包括了透视成像,摄像机标定,单目以及双目测距的原理。随后在现有的平台之上,验证了单目测距算法,完成了误差统计分析,同时设计了基于实际问题的双目测距方案,分析了方案的可实施性以及该方案的误差。最后总结了本文所取得的成果,对待进行的工作作了说明,展望了未来的发展方向。
周立伟[7]2002年在《光电子成像:走向新的世纪》文中研究表明半个世纪以来 ,光电子成像 (主要包括微光成像和热成像 )技术取得了惊人的发展 ,显示出极为辉煌的前景 .在微光成像技术方面 ,发展了一代、二代和叁代直视像增强技术 ,真空和固体微光摄像技术及光子计数成像技术 ;在热成像技术方面 ,发展了致冷型一代、二代和叁代热成像技术和非致冷型列阵热成像技术 .回顾光电子成像技术自 1930年以来的进展 ,展望新世纪中微光四代像增强技术、新型微光摄像技术和先进的焦平面 (FPA)和非致冷型热成像技术的发展 .
李晓峰[8]2001年在《有机非致冷热释电薄膜及其热绝缘结构的研究》文中进行了进一步梳理本文研究了有机热释电红外焦平面阵列中的有机热释电薄膜制备、特性测试技术、热绝缘微桥结构建立等关键技术。其中，(1)主要讨论了热释电特性测试方法，并建立了动态法热释电系数自动测试系统，对温度升温速率的准确控制以及对数据的同步测量，为测量热释电样品热释电系数提供准确、可靠的测试条件；(2)制备出热释电性能良好的有机热释电薄膜，结果表明热释电聚合物薄膜的热释电特性与厚度有很大关系，膜越厚，热释电电流与热释电系数越小，即膜的厚度与热释电响应特性成反比。与其他成膜方法相比，旋涂法制备的薄膜样品对热响应具有更高的灵敏度，更适合用作红外探测器材料；(3)探索了一种新的建立微桥绝热结构的技术途径及工艺方案，验证了用有机材料制作微桥结构的可行性，这种新的工艺相对于以多晶硅等无机材料为基础的微桥制造方法具有成膜温度低，不损害底层电路的优点，且容易实现，制造简单，成本低廉。上述结果为新型有机热释电红外焦平面阵列的研制提供了关键的先期研究基础。
参考文献：
[1]. 64×64非致冷红外焦平面器件读出信号处理电路设计[D]. 邓莉. 电子科技大学. 2002
[2]. 非致冷红外焦平面阵列CMOS读出电路设计及其仿真[D]. 沈晓燕. 南京理工大学. 2002
[3]. 非致冷红外图像DSP实时处理系统[D]. 黄竹邻. 华中科技大学. 2005
[4]. 非致冷红外焦平面的读出电路及测试系统研究[D]. 陈西曲. 华中科技大学. 2007
[5]. UMBIRFPA的计算机仿真及非均匀性校正研究[D]. 汪涛. 重庆大学. 2001
[6]. 非制冷红外成像设计与应用研究[D]. 李鹏. 西安电子科技大学. 2007
[7]. 光电子成像:走向新的世纪[J]. 周立伟. 北京理工大学学报. 2002
[8]. 有机非致冷热释电薄膜及其热绝缘结构的研究[D]. 李晓峰. 电子科技大学. 2001
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