本文關(guān)鍵詞：低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 非制冷紅外成像 硬件系統(tǒng) 非均勻校正 圖像增強(qiáng) 圖像去噪

【摘要】：紅外成像技術(shù)是一種以熱輻射對(duì)象為探測(cè)目標(biāo)的視覺成像技術(shù)。與可見光相比,紅外成像技術(shù)可以適應(yīng)更為復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境,是國(guó)防安全領(lǐng)域的重要技術(shù)支撐,在軍用和民用兩個(gè)方面都存在著巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。西方發(fā)達(dá)國(guó)家的非制冷紅外成像技術(shù)起步較早,而國(guó)內(nèi)起步較晚,在技術(shù)上與國(guó)外存在一定差距。非制冷紅外機(jī)芯組件是組成成像系統(tǒng)的核心部分。本文的研究?jī)?nèi)容圍繞非制冷紅外機(jī)芯組件展開,主要從機(jī)芯組件的硬件系統(tǒng)和圖像算法兩個(gè)方面入手,以低功耗、低噪聲為設(shè)計(jì)重點(diǎn)開展全文工作。硬件系統(tǒng)上,本文機(jī)芯組件以FPGA為數(shù)據(jù)處理平臺(tái),以信號(hào)處理方案和電源方案為設(shè)計(jì)要點(diǎn)。設(shè)計(jì)高效的硬件系統(tǒng)電源方案,以效率90%的開關(guān)電源方案和噪聲50μV的線性電源選型,實(shí)現(xiàn)較低的功耗以及較低的電源噪聲。在信號(hào)處理方面,通過基準(zhǔn)源加運(yùn)放的偏壓模塊和控溫模塊保證探測(cè)器低噪聲的工作環(huán)境;通過系統(tǒng)保護(hù)模塊和上電/掉電保護(hù)模塊確保系統(tǒng)安全性;通過降低DDR速率以及使用數(shù)字PID代替模擬PID反饋來降低功耗。在圖像算法上,本文詳細(xì)研究了紅外圖像處理常用的圖像算法。紅外圖像的算法處理主要包括非均勻校正、圖像增強(qiáng)(拉伸)以及圖像去噪。在非均勻校正方面,本文介紹了傳統(tǒng)的定點(diǎn)校正和基于場(chǎng)景的非均勻校正,著重分析了定點(diǎn)校正無法校正系數(shù)隨時(shí)間漂移的缺點(diǎn),并且提出了一種用于校正圖像列條紋的非均勻校正方法。在圖像增強(qiáng)方面,本文對(duì)比研究了傳統(tǒng)的直方圖拉伸與線性拉伸,并提出了一種基于直方圖均衡化的改進(jìn)算法,本文算法綜合線性拉伸與直方圖拉伸的優(yōu)點(diǎn),既能充分拉伸圖像,又不會(huì)過拉伸導(dǎo)致圖像毛糙,且能適應(yīng)不同場(chǎng)景。其后,研究了基于引導(dǎo)濾波器的圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)算法;在圖像去噪方面,本文對(duì)比研究了傳統(tǒng)的幀間平均濾波算法,并提出了一種精簡(jiǎn)的可調(diào)性更好的以RC濾波電路模型為基礎(chǔ)的濾波算法。綜上,本文在硬件系統(tǒng)和圖像算法兩方面入手,以更合理有效的硬件系統(tǒng)和圖像算法,實(shí)現(xiàn)了低功耗低噪聲高性能的目標(biāo),測(cè)試結(jié)果顯示,本文工作在機(jī)芯組件功耗和噪聲方面均有突破,功耗小于1.5 W,RMS噪聲約0.9 mV,噪聲等效溫差(NETD,noise equivalent temperature difference)小于70 mK。
【關(guān)鍵詞】：非制冷紅外成像 硬件系統(tǒng) 非均勻校正 圖像增強(qiáng) 圖像去噪
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN21
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 研究背景與意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-13
• 1.3 發(fā)展態(tài)勢(shì)13-14
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第二章 非制冷紅外機(jī)芯組件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15-21
• 2.1 非制冷紅外成像原理15-18
• 2.1.1 紅外輻射理論15
• 2.1.2 非制冷紅外探測(cè)器15-17
• 2.1.3 非制冷紅外成像硬件系統(tǒng)17-18
• 2.2 紅外圖像算法基礎(chǔ)18-19
• 2.2.1 紅外圖像非均勻校正18-19
• 2.2.2 紅外圖像增強(qiáng)算法19
• 2.2.3 紅外圖像去噪算法19
• 2.3 本章小結(jié)19-21
• 第三章 低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件硬件系統(tǒng)21-33
• 3.1 低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求21-22
• 3.2 低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件硬件系統(tǒng)信號(hào)處理方案22-23
• 3.3 低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件硬件系統(tǒng)電源方案23-25
• 3.4 低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件硬件系統(tǒng)模塊劃分25-32
• 3.4.1 系統(tǒng)保護(hù)25-28
• 3.4.2 偏壓方案28-29
• 3.4.3 AD轉(zhuǎn)換29
• 3.4.4 數(shù)字處理29-30
• 3.4.5 溫控驅(qū)動(dòng)電路30-31
• 3.4.6 上電/掉電保護(hù)31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第四章 紅外圖像算法33-50
• 4.1 紅外圖像處理概述33-34
• 4.2 紅外圖像非均勻校正34-39
• 4.2.1 兩點(diǎn)非均勻校正34-35
• 4.2.2 消除列條紋的非均勻校正35-39
• 4.3 紅外圖像增強(qiáng)39-46
• 4.3.1 線性拉伸算法39-40
• 4.3.2 直方圖均衡化40-41
• 4.3.3 基于直方圖均衡化的改進(jìn)算法41-44
• 4.3.4 細(xì)節(jié)增強(qiáng)算法44-46
• 4.4 紅外圖像時(shí)域去噪46-49
• 4.4.1 常用時(shí)域去噪算法46-47
• 4.4.2 基于一階RC濾波的去噪算法47-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第五章 低功耗設(shè)計(jì)與噪聲分析50-64
• 5.1 低功耗設(shè)計(jì)50-57
• 5.1.1 溫控模塊功耗仿真50-52
• 5.1.2 FPGA功耗仿真52-53
• 5.1.3 系統(tǒng)功耗仿真53-57
• 5.2 噪聲分析57-62
• 5.2.1 偏壓噪聲仿真57-59
• 5.2.2 噪聲測(cè)試59-62
• 5.3 性能對(duì)比62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 全文總結(jié)與展望64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果70-71

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本文編號(hào)：795902