本文關鍵詞：基于FPGA的紅外成像系統(tǒng)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：任何溫度高于絕對零度(-273℃)的物體都會自發(fā)地向外發(fā)出紅外輻射能量。物體隨著溫度的不同向外輻射能量不同�；谶@種成像特點,紅外成像技術可以克服許多外界制約因素如霧霾、黑夜等,因此紅外成像系統(tǒng)有很大的應用前景。紅外探測器最早應用于軍事方面,但近年來由于紅外焦平面制造技術的發(fā)展、制造價格及成本下降等因素的影響,紅外技術逐漸從軍事領域延伸到民用領域。尤其是在安全監(jiān)控、森林防火、工廠環(huán)境、醫(yī)療監(jiān)測等方面取得了較大的發(fā)展。由于應用場合的多樣化,紅外熱像儀的便攜性便顯得至關重要。論文介紹了紅外成像技術的原理、應用以及發(fā)展現(xiàn)狀。根據(jù)紅外圖像傳感器和紅外圖像的特點,在分析、比較多種系統(tǒng)組成方案的基礎上,本論文選定了基于FPGA的便攜式紅外圖像處理系統(tǒng)。論文采用293×392微測輻射熱計作為紅外探測器,以Altera公司CycloneII系列FPGA EP2C35F484C8N芯片作為系統(tǒng)核心處理器。該系統(tǒng)包含了紅外成像系統(tǒng)的驅動電路、FPGA信號處理電路以及顯示電路。驅動電路的設計包括低噪聲偏置電壓源,保證紅外探測器正常工作的時序驅動電路,以及模數(shù)轉換電路。紅外探測器將目標物體的信息轉換為模擬信號輸出,由驅動電路中的AD9240模數(shù)轉換芯片將模擬信號進行ADC轉換,轉換成14bit的數(shù)字信號。該數(shù)字信號輸入到FPGA后,由FPGA進行圖像對比度增強、去背景噪聲等圖成像處理操作。同時設計SDRAM進行數(shù)據(jù)緩存,供FPGA調(diào)用進行后續(xù)操作�？紤]到FPGA輸出數(shù)據(jù)與SDRAM接收速率不匹配,以及FPGA從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)時也會存在速率不匹配問題,所以數(shù)據(jù)傳遞通過FIFO完成。FPGA將處理后的14位數(shù)字信號由數(shù)模轉換器ADV7123轉換成模擬信號,并且通過Verilog語言編程模擬輸出行有效、幀有效的時序,完成紅外圖像的最終顯示。論文搭建了基于FPGA的紅外成像系統(tǒng)硬件平臺,利用Altiume Designer軟件繪制驅動電路四層板電路的電路原理圖和PCB板,并進行了調(diào)試。采用Verilog語言編寫了應用于FPGA的各功能模塊的IP核,包括:時序驅動模塊,數(shù)字圖像處理模塊,SDRAM控制模塊,信號顯示模塊等。論文測試了紅外成像系統(tǒng)功耗,對驅動板進行了PCB板級仿真,分析了系統(tǒng)硬件的抗干擾性能。論文最后對系統(tǒng)整體結構以及紅外熱像儀的工作狀況進行了展示。
【關鍵詞】：微測輻射熱計 FPGA 紅外成像系統(tǒng) 圖像處理
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN791;TN216
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 紅外成像技術8-11
• 1.1.1 紅外輻射基本理論8-9
• 1.1.2 紅外探測器9-10
• 1.1.3 紅外成像系統(tǒng)10-11
• 1.2 紅外成像技術的發(fā)展與現(xiàn)狀11-12
• 1.3 紅外成像系統(tǒng)信號處理的研究12-13
• 1.4 論文的主要工作及內(nèi)容安排13-15
• 2 紅外熱像儀的系統(tǒng)原理15-19
• 2.1 引言15
• 2.2 紅外圖像的處理技術15-16
• 2.3 紅外成像系統(tǒng)原理16-17
• 2.4 本章小結17-19
• 3 便攜紅外熱像儀硬件平臺設計19-34
• 3.1 引言19
• 3.2 微測輻射熱計19-23
• 3.3 系統(tǒng)硬件電路設計23-33
• 3.3.1 偏置模塊設計23-26
• 3.3.2 模數(shù)轉換模塊26-27
• 3.3.3 FPGA采集電路27-31
• 3.3.4 SDRAM模塊設計31-32
• 3.3.5 顯示模塊設計32-33
• 3.4 本章小結33-34
• 4 FPGA信號處理模塊設計34-52
• 4.1 引言34
• 4.2 時序驅動模塊34-37
• 4.3 數(shù)字圖像處理模塊37-42
• 4.3.1 數(shù)據(jù)接收模塊38
• 4.3.2 數(shù)據(jù)處理模塊38-42
• 4.4 數(shù)據(jù)接收模塊42-46
• 4.4.1 FIFO模塊42-43
• 4.4.2 SDRAM控制模塊43-46
• 4.5 信號顯示模塊46-51
• 4.5.1 VGA顯示模塊46-50
• 4.5.2 LCD顯示50-51
• 4.6 本章小結51-52
• 5 紅外熱像儀的系統(tǒng)調(diào)試與分析52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 硬件系統(tǒng)信號完整性分析52-56
• 5.2.1 提高抗電磁干擾措施52-54
• 5.2.2 PCB板級仿真54-56
• 5.2.3 系統(tǒng)功耗估計與測試56
• 5.3 最終系統(tǒng)成果56-58
• 5.4 本章小結58-59
• 6 總結與展望59-61
• 致謝61-62
• 參考文獻62-64

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本文編號：285612