本文選題：紫外 + BT-CCD　； 參考：《中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)》2015年碩士論文

【摘要】：紫外成像技術在空間探測、水面溢油探測、刑偵、水質(zhì)檢測等方面具有廣闊的應用前景。由于探測目標對紫外波段輻射的反射率特性的差異,不同的應用場合所關注的紫外波段亦有所不同,這對于采用的探測系統(tǒng)的響應波段提出了多樣化的要求。傳統(tǒng)紫外探測系統(tǒng)采用的線列陣推掃技術因其積分時間較短,導致系統(tǒng)信噪比難以提升,不能很好滿足紫外探測的需要。本課題設計并實現(xiàn)了以紫外增強型背照式面陣CCD為基礎建立的多通道面陣凝視成像系統(tǒng),對紫外探測系統(tǒng)的發(fā)展具有一定的借鑒意義。本課題在充分研究了CCD探測器的性能與工作方式的基礎上,選用684×500元紫外增強型背照式面陣CCD探測器構建成像系統(tǒng)。成像系統(tǒng)采用凝視方法成像。系統(tǒng)以步進電機帶動濾光輪組件,通過在濾光輪上安放不同波段的濾光片組,將不同濾光片移入光路中實現(xiàn)系統(tǒng)的多通道選擇。由于面陣探測器成像時需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多,且對于傳輸距離有一定的要求,課題以FPGA+物理層芯片的方式,實現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)絡的傳輸方案。課題完成了凝視成像系統(tǒng)的整體設計與實現(xiàn),通過實驗室與外場實驗驗證了系統(tǒng)的性能參數(shù),并對系統(tǒng)仍存在的問題進行了總結,提出了下一步的改進方法。本課題研制的紫外BT-CCD凝視成像系統(tǒng)可工作在紫外與可見光等多個波段,通過上位機可以對波段進行實時選擇。成像系統(tǒng)積分時間可在0.5 ms-3 s范圍內(nèi)自由調(diào)整,對于微弱的紫外信號探測也可獲得較好的信噪比。課題的創(chuàng)新點總結如下:1采用背照式面陣CCD探測器構建凝視型成像系統(tǒng)。背照式探測器在紫外波段上具有更高的量子效率,有效的提高了成像系統(tǒng)在紫外波段的靈敏度。面陣型探測器使成像系統(tǒng)可以采用凝視的方法進行成像,對紫外等弱信號而言,可以提高系統(tǒng)的積分時間,獲得更高的信噪比,提升系統(tǒng)靈敏度;2利用步進電機轉動濾光輪實現(xiàn)了成像系統(tǒng)的多波段選擇。課題采用的濾光輪上安裝有四組不同波段的濾光片,通過將不同波段濾光片移入光路中,可以實現(xiàn)系統(tǒng)的多波段選擇。由于探測目標對紫外波段輻射的反射率特性的差異,不同的應用場合所關注的紫外波段亦有所不同,具備多波段成像的系統(tǒng)在適用前景上更為廣泛;3采用了更為高速的千兆以太網(wǎng)接口用于硬件與上位機的交互。千兆以太網(wǎng)接口相比于傳統(tǒng)設計中采用的USB2.0接口,具有更高的傳輸速率,適用于高速的CCD探測器,可以獲得更高的幀率。通過4對UTP5類線連接,最大傳輸距離可達100米,遠高于USB接口約1米的傳輸距離,為成像系統(tǒng)使用的靈活性帶來較大提升。
[Abstract]:Ultraviolet imaging technology has a broad application prospect in space detection, oil spill detection, criminal detection, water quality detection and so on.Because of the difference of reflectivity of target to ultraviolet band radiation, the ultraviolet band concerned in different applications is different, which puts forward a variety of requirements for the response band of the detection system.The linear array push-sweep technique used in the traditional ultraviolet detection system is difficult to improve the signal-to-noise ratio of the system because of its short integral time, which can not meet the need of ultraviolet detection.This paper designs and implements a multi-channel staring imaging system based on UV-enhanced backlight array CCD, which has some reference significance for the development of UV detection system.On the basis of fully studying the performance and working mode of CCD detector, the imaging system is constructed by using 684 脳 500 element ultraviolet enhanced backilluminated array CCD detector.The imaging system was imaged by staring method.The system uses stepper motor to drive the filter wheel assembly and puts different filter sets in different bands on the filter wheel to realize the multi-channel selection of the system by moving different filters into the optical path.Because the area array detector needs to transmit more data and has certain requirements for the transmission distance, the transmission scheme of gigabit Ethernet network is realized by using FPGA physical layer chip.The whole design and implementation of the staring imaging system are completed. The performance parameters of the system are verified by laboratory and field experiments. The existing problems of the system are summarized and the next improvement method is put forward.The UV BT-CCD staring imaging system developed in this paper can work in multiple bands, such as ultraviolet and visible light, which can be selected in real time by upper computer.The integral time of the imaging system can be adjusted freely in the range of 0. 5 ms-3 / s, and a better signal-to-noise ratio can be obtained for the detection of weak ultraviolet signals.The innovation of the project is summarized as follows: 1. The staring imaging system is constructed by using backlit array CCD detector.The backlight detector has higher quantum efficiency in the ultraviolet band and improves the sensitivity of the imaging system in the ultraviolet band.The plane array detector enables the imaging system to be imaged by staring method. For the weak signals such as ultraviolet, the integral time of the system can be improved and the signal-to-noise ratio can be obtained.In order to improve the sensitivity of the imaging system, the stepper motor rotates the filter wheel to realize the multi-band selection of the imaging system.Four groups of filters with different bands are installed on the filter wheel in this paper. By moving the filters of different bands into the optical path, the multi-band selection of the system can be realized.Due to the difference in reflectivity of the target to the ultraviolet band radiation, the ultraviolet band concerned in different applications is also different.The system with multi-band imaging is more widely used in the future. The high-speed Gigabit Ethernet interface is used for hardware interaction with host computer.Compared with the traditional USB2.0 interface, the Gigabit Ethernet interface has higher transmission rate. It is suitable for high speed CCD detectors and can obtain higher frame rate.By connecting four pairs of UTP5 lines, the maximum transmission distance can reach 100m, which is far higher than the transmission distance of about 1 meter of USB interface, which greatly improves the flexibility of the imaging system.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN23

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本文編號：1751475