本文關(guān)鍵詞：非制冷型紅外成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來紅外成像系統(tǒng)在軍事和民用領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展,非制冷紅外成像系統(tǒng),以其價(jià)格低、可靠性高、體積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)在紅外熱成像系統(tǒng)的發(fā)展中占據(jù)著重要地位。本文在非制冷紅外熱成像系統(tǒng)基本理論和紅外圖像處理算法研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并研制了具有實(shí)時(shí)圖像處理功能的非制冷紅外熱成像系統(tǒng),取得了很好的成效。紅外圖像的非均勻性極大地影響了圖像的質(zhì)量和視覺效果。本文在深入研究非均勻性產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上,分別分析了紅外焦平面陣列(IRFPA)基于定標(biāo)的非均勻性校正法(NUC)和基于場(chǎng)景的NUC算法各自的優(yōu)勢(shì)和缺陷,在此基礎(chǔ)上提出了一種聯(lián)合非均勻性校正方法。該算法首先根據(jù)上電時(shí)刻焦平面襯底的溫度值,從存儲(chǔ)設(shè)備中提取預(yù)先存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間的增益和偏置校正參數(shù),初步消除探測(cè)器的非均勻性；通過分析初步校正后圖像殘余非均勻性噪聲的特性,提出了用具有保邊緣特性的P-M濾波取代傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的四鄰域均值濾波來獲得期望圖像,從而減小了圖像邊緣模糊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法收斂速度快,校正精度高,有效減小了因紅外焦平面響應(yīng)特性漂移而引起的圖像降質(zhì)。針對(duì)紅外圖像對(duì)比度低、溫度分辨力差等問題,提出了一種基于雙邊濾波器的紅外圖像局部對(duì)比度增強(qiáng)算法。算法首先采用雙邊濾波器對(duì)圖像進(jìn)行分層處理,得到動(dòng)態(tài)范圍較大的背景圖像和包含較多噪聲和細(xì)節(jié)信息的細(xì)節(jié)層圖像；對(duì)背景圖像進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮和局部對(duì)比度拉伸,得到符合人眼識(shí)別的低位寬圖像；對(duì)細(xì)節(jié)層圖像進(jìn)行貝葉斯閾值去噪,并對(duì)弱邊緣信息進(jìn)行增強(qiáng)；最后將背景層圖像和細(xì)節(jié)層圖像進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算,得到增強(qiáng)后的圖像。針對(duì)大量圖像進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),對(duì)增強(qiáng)效果進(jìn)行了定性和定量分析,并與目前常用的增強(qiáng)算法進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法能夠有效地提高圖像的局部對(duì)比度,突出紋理細(xì)節(jié)信息,并抑制圖像噪聲,改善了圖像的整體視覺效果。根據(jù)紅外探測(cè)器UL02152的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和輸出信號(hào)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款低噪聲紅外成像系統(tǒng)。利用FPGA芯片提供探測(cè)器的時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào),采用低噪聲的電壓偏置電路和高精度的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),有效的抑制了系統(tǒng)噪聲,保證了系統(tǒng)輸出信號(hào)的完整性和穩(wěn)定性。在FPGA中完成了圖像的盲點(diǎn)剔除、非均勻性校正以及圖像增強(qiáng)等處理,圖像延時(shí)小于2幀,滿足實(shí)時(shí)輸出的要求。經(jīng)測(cè)試,紅外圖像NETD值為74mK,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的低噪聲設(shè)計(jì)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN219;TP391.41

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