短波紅外獨(dú)特的波長屬性使得其在遙感、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有著重要的應(yīng)用價(jià)值。尤其在無月光的夜間,短波紅外是氣輝光譜中輻亮度最高的波段,短波紅外成像因此成為新一代微光夜視設(shè)備的技術(shù)方向之一。在短波紅外光電系統(tǒng)常用的探測器中,InGaAs探測器因具備探測效率高、無需低溫制冷、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn),市場占有率正逐年提升,而目前我國InGaAs探測器的性能水平與國外相比仍存在較大差距。為了促進(jìn)國產(chǎn)InGaAs探測器技術(shù)水平的進(jìn)步,本文基于中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所自主研發(fā)的InGaAs短波紅外探測器研制了便攜式微光夜視型成像系統(tǒng),并針對(duì)短波紅外圖像的特點(diǎn),對(duì)弱光圖像的增強(qiáng)算法進(jìn)行了深入地研究。本文完成的主要工作有:(1)通過對(duì)國產(chǎn)自研的320×256元InGaAs短波紅外探測器的特性及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析,完成了短波紅外成像系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì),并對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間噪聲和空間噪聲進(jìn)行了分析,為低噪聲電子學(xué)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo);(2)以低噪聲、低功耗為設(shè)計(jì)原則,完成了基于FPGA的成像系統(tǒng)電子學(xué)設(shè)計(jì),包括電源管理模塊、探測器驅(qū)動(dòng)及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像預(yù)處理模塊、USB通信和PAL視頻編碼電路的設(shè)計(jì)和研制等;(3)針對(duì)短波紅外相機(jī)在低照度條件下成像對(duì)比度低,無法充分發(fā)揮其最佳夜視性能的情況,提出了一種基于小波變換和像元對(duì)灰度拉伸的短波紅外弱光圖像增強(qiáng)算法;將本文算法與其他算法的增強(qiáng)效果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明本文算法在短波紅外弱光圖像增強(qiáng)方面有一定的性能提升;(4)對(duì)本文系統(tǒng)樣機(jī)的信噪比和功耗等性能參數(shù)進(jìn)行了測試,并在有霾的日間和無月光的夜間進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明了本文系統(tǒng)方案和電子學(xué)設(shè)計(jì)的合理性,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN215;TP391.41
【部分圖文】：

1 引言 短波紅外成像技術(shù).1 短波紅外成像的原理紅外光譜位于可見光光譜的紅光外端，介于可見光和微波之間，波長0.75~1000μm，包含了大量極具應(yīng)用價(jià)值的信息。根據(jù)波長范圍細(xì)分，可以分為近紅外（Near Infrared，NIR，0.75~1μm），短波紅外（Short Wrared，SWIR，1~2.5μm），中波紅外（Medium Wave Infrared，MWIR，3~5μ紅外（Long Wave Infrared，LWIR，8~12μm），甚長波紅外（Very Long Wrared，VLWIR，12~30μm），遠(yuǎn)紅外（Far Infrared，F(xiàn)IR，30~100μm）和（Sub-millimeter wave，SubMM，100~1000μm）等 7 個(gè)波段。

因此短波紅外圖像可以呈現(xiàn)室溫景物表面反射率即短波紅外圖像與可見光圖像一樣存在陰影與反差不具備的特點(diǎn)。外成像的應(yīng)用具有在夜間光源充足、透霧霾能力強(qiáng)等主要優(yōu)點(diǎn)，光夜視、透霧霾觀察等應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)由于外成像在農(nóng)產(chǎn)品檢測、半導(dǎo)體檢測和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)光夜視的夜間，氣輝的輻亮度比星光高出 5 到 7 倍，且大外波段，亮度隨著波長而增加，遠(yuǎn)超過可見光[2]。短波紅外成像可以清晰地觀察到目標(biāo)。

霾天氣下某大橋的可見光圖像（左）和短波紅外圖像（右omparison of the visible light image (left) and the SWIR imbridge under smoggy weather[3]產(chǎn)品檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵指標(biāo)。水對(duì)短波輻射是不透明可以觀察到具有較高水分的農(nóng)產(chǎn)品比干燥的產(chǎn)品更熟度或干燥度進(jìn)行檢測。另外水果表面水分較集中相機(jī)很容易地觀察到，從而有助于篩選出高質(zhì)量的
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本文編號(hào)：2888041