IRFPA图像采集系统的设计与实现

介绍了基于USB2.0的高速红外图像采集系统的总体设计思想.用CPLD实现IRFPA探测器和FIFO的时序控制驱动电路、奇偶数据整合,采用FIFO作为数据缓存,达到了系统结构简化和性能优化的目的.研制出一套完整的红外焦平面高速图像采集系统.结果表明该系统能够满足使用要求.

用于天文成像探测的IRFPA性能参数测试

天体的红外成像探测在天文学领域中有其特殊和重要的作用,高性能红外探测器是红外天文观测的关键器件,因此红外焦平面阵列探测器性能参数的测试评价对于红外天文观测具有非常重要的意义。针对天文应用的特殊性,通过分析红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的特点,给出了增益、读出噪声、线性和暗流等性能参数的测试原理和方法,建立了测试平台,该测试平台可实现1~14μm波长范围的IRFPA探测器性能参数测试;完成了一台采用国产3~5μm HgCdTe芯片研制的IRFPA探测器性能参数的测试。测试结果表明,该IRFPA探测器的线性度非常好,可以达到99.9%以上,但读出噪声和暗电流较大,与国外为天文观测研制的高性能探测器相比尚有很大的差距。

基于测辐射热计型非制冷IRFPA读出电路设计

对基于测辐射热计型热敏电阻的非制冷红外焦平面阵列(IRFPA),在读出电路(RO-IC)中采用积分放大技术能有效提高探测器的信噪比。给出了160×128的ROIC设计方案,重点介绍了该方案中的偏置结构及积分放大器设计。基于上华半导体0.6μm CMOS工艺仿真结果表明,该方案能很好地适应大阵列(如160×128和320×240)的CMOS读出电路。

基于辐射衰减的IRFPA非均匀性校正

针对机动红外测量系统单点非均匀性校正效果不佳、两点非均匀性校正制约条件多的难点,提出了基于辐射衰减的IRFPA(红外焦平面阵列)非均匀性校正新方法。该方法利用辐射衰减片使IRFPA获得不同辐射响应,实现非均匀性两点校正和分段两点校正。分段两点校正通过建立衰减倍率和IRFPA灰度的响应曲线,反演计算任意辐射所处的响应段落,实现了无需定标黑体即可进行分段两点校正。实验结果表明,基于辐射衰减的非均匀性校正效果优于常规方法,在低背景辐射测量条件下校正均匀性提高50%,具有操作简便和环境适应性强的特点。

TFT的热电特性及其在室温IRFPA中的应用

描述了非晶硅薄膜晶体管(TFT)的热电特性,表明TFT是一种有潜力的室温红外焦平面阵列(IRFPA)的敏感元件,介绍了集成式8×8TFT IRFPA的主要制作工艺,并给出了实验结果。

基于PCI总线的IRFPA数据采集系统

在红外图像采集系统中 ,需要提高系统数据传输速率来满足高速实时的特点。针对红外图像采集系统的特点 ,将新近发展的PCI(PeripheralComponentInterconnect)局部总线引入到图像采集中并对PCI总线接口技术进行了全面的介绍。详细论述了PCI总线规范 ,作为专用PCI总线协议控制芯片PCI90 5 0的功能特点 ,采用PCI总线作为数据传输接口的高速红外焦平面阵列 (InfraredFocalPlaneArray)数据采集系统的实现过程 ,系统采用了帧缓存 ,使得慢速的外围电路和高速的PCI接口能更好的连接 ,该系统还采用了复杂可编程逻辑器件 (ComplicatedProgrammableLogicDevice )

用于IRFPA测试的高性能数据采集系统

根据红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的最新发展对性能测试的需求,设计和实现了VXI总线的高性能数据采集系统。高速高带宽的模拟调理电路的灵活设计,可以兼容多种IRFPA的信号读出电路;灵活配置的采样时钟控制,支持CDS和SHA两种采样模式,而且能够连续调节ADC的采样时钟相位;有效的低噪声设计措施,保证了系统能够真正实现12.5 MSPS,16 bit的高精度采样。

虚拟仪器在128×128热释电IRFPA联调及成像中的应用

本文介绍了128×128热释电红外焦平面阵列的联调及成像实验系统。虚拟仪器技术的应用,为非制冷红外焦平面成像器件的研制和开发提供了一种成本低、方便灵活的实验验证手段和方法。实验获取了清楚的红外热像,为热释电红外焦平面阵列的进一步研制和改进奠定了良好基础。

基于人眼视觉特性的IRFPA非均匀性校正算法研究

红外焦平面器件普遍存在着非均匀性问题,对红外焦平面阵列(IRFPA)实施非均匀性校正对提高成像质量具有重要意义。传统的IRFPA多点校正算法存在运算量大、实时性能低、实用效果差等问题,为此文章综合人眼视觉特性,提出IRFPA非均匀性多点校正算法。人眼视觉对图像的灰度分辨能力是有阈值限制的,利用这种分辨阈值可以对IRFPA的标定点进行有效压缩,生成像元号-校正系数表,然后通过查找系数表,实现IRFPA的非均匀性实时压缩校正。实验证明,提出的IRFPA非均匀性校正算法较传统的IRFPA非均匀性校正算法实时性能更好,非均匀性降低了0.203%。

基于FPGA实现的IRFPA探测器驱动电路的设计

介绍了IRFPA(infrared focal plane arrays)探测器驱动电路的系统组成及工作原理,设计采用单片FPGA芯片实现探测器控制及红外图像的预处理,减小了整个系统的设计尺寸,提高了设计的集成度。详细介绍了核心器件FPGA的算法实现,给出了关键模块的设计方法、流程。通过应用于640×512红外焦平面阵列探测器,验证了方法的可性能,成像效果清晰、对比度高,满足后期图像处理的要求。

320×240热释电IRFPA联调成像系统

对于研制中的混合式红外焦平面阵列(IRFPA)器件,有必要通过联调实验对其进行初步的成像性能评价.基于虚拟仪器技术构建的热释电IRFPA联调成像系统,由红外镜头、斩波器、读出电路驱动信号源、数据采集卡及其接线盒和在LabVIEW平台下开发的成像系统软件等组成.系统充分利用虚拟仪器以软件为核心、模块化开发的特点,对成像信号的采集、图像处理等程序进行了更新和改进.在新研制的320x240热释电IRFPA联调实验中,获得了清楚、稳定的红外热像,为器件进一步的研制和改进奠定了良好基础.

基于ADSP-TS101的IRFPA实时非均匀性校正模块的设计

简要介绍了基于神经网络的非均匀性校正算法的优点和实现难点。根据ADI ADSP-TS101 DSP的特点,对神经网络校正算法的数据流图,运算结构进行优化,详细论述了优化方法。所设计的校正模块采用DSP+FPGA结构,具有独立灵活的输入输出接口,可以作为一个独立的模块嵌入到当前的红外信号处理系统中,满足工程应用需求。

热释电IRFPA图像采集系统设计

针对热释电红外焦平面阵列(IRFPA)的成像特点,基于虚拟仪器技术,利用Labview软件平台,采用PCI-6115采集卡构造了PC-DAQ热释电IRFPA图像采集系统。利用外部驱动电路产生的驱动信号作为采集系统的控制信号,控制采集的起止以及采集的时钟。采集同步信号作为判别信号,判断热释电IRFPA的亮、暗场以便差分处理。详细叙述了图像采集系统的构成,硬件、软件设计以及程序面板的操作。并对实验室研制的热释电ROIC输出信号及热释电IRFPA图像输出进行采集实验,得到了输出信号的波形显示及图像显示,验证了图像采集的可行性。

多通道热释电IRFPA图像拼接采集系统

为了实现分辨率高的大规模热释电IRFPA探测器,设计了多路通道并行输出的读出电路。针对多路输出的热释电IRFPA探测器,依据热释电探测的时序要求,设计了图像拼接采集系统。利用外部驱动信号控制采集卡的触发及采样时钟,由斩波器同步信号判断热释电探测器的亮场及暗场信号。构造PC-DAQ虚拟仪器系统对多通道输出的热释电型IRFPA进行多路并行图像采集,并对每路图像信号进行亮、暗场判断后进行差分处理,通过软件拼接处理成一副完整的图像,最终在软件平台上显示。对实验室研制的160列×120行双通道读出及320列×120行四通道读出的热释电读出电路进行了图像采集实验,对于同样阵列大小的单通道读出探测器,双通道结构读出速度提高了1倍,四通道结构读出速度提高了3倍。通过采集成像实验验证了系统的可行性。

利用IRFPA的开窗口功能实现成像系统的双帧频双画幅输出

通过对红外探测器开窗口功能的研究,设计了特定的积分时间信号,在牺牲一定实时性的前提下,不仅实现了帧频的大幅提高,而且实现了两种不同帧频图像的同时输出,其中低帧频的满幅图像输出到监视器中供人观察,高帧频的窗口图像送到跟踪器中用于跟踪算法处理,满足了一些对帧频要求比较高的场合。通过在FPGA+DSP的硬件平台上的实现,验证了该方案的可行性,同时指出了开窗口会造成阵元的响应出现差异这一问题。

基于NiosⅡ嵌入式软核处理器的天文用IRFPA图像采集系统

介绍了一套自主研制的用于地基天文望远镜的,基于IRFPA(红外焦平面阵列)图像采集系统,以及所使用的IRFPA原理、性能特点,着重介绍了IRFPA图像采集系统中以NiosⅡ处理器为核心的电子系统的框架结构方案以及软硬件的设计思想。最后给出了初步的图像采集成像结果。

基于模糊中值的IRFPA自适应盲元检测与补偿

红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元既包括因材料与制造工艺的缺陷而导致的固定盲元,也包括因环境温度的漂移而出现的随机盲元。基于场景的盲元检测与补偿算法是去除这两种盲元,提高IRFPA成像质量的有效手段。针对目前滤波类场景检测算法无法有效区分弱小点目标和随机盲元的缺陷,重点研究了随机盲元的响应特性和噪声特性,并提出了一种基于模糊中值与时域累积的盲元自适应检测与补偿算法。首先利用模糊中值滤波器从场景中提取出潜在的盲元,并通过多帧累积确定固定盲元和随机盲元的正确分布,最后对盲元进行实时补偿。实验结果证明:该算法可以有效地实现对盲元的校正,同时避免对弱小点目标的误判别。

基于神经网络的IRFPA非均匀性校正新算法

传统的神经网络非均匀性校正算法简单、盲目地利用像元的四邻域平均估计期望信号,对空间低频噪声较大的IRFPA校正时难以获得满意的校正效果,针对其不足,提出了自适应加权平均滤波器,通过校正误差标准差阈值分配权值,提高期望信号的估计精度,新算法较原算法具有更强的校正能力,实验结果验证了其优越性。

采用双阈值的非制冷IRFPA盲元迭代检测算法

盲元是影响非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)成像质量的因素之一。在对非制冷红外焦平面阵列中盲元的响应特性分析的基础上,提出一种基于双阈值快速迭代盲元检测算法。该算法基于双参考辐射源,采集辐射源两个不同温度下的成像图像,当非制冷IRFPA器件工作在线性区时,正常像元的灰度响应会随外界温度而发生变化,且该变化呈近似线性关系;此时,盲元的灰度响应几乎不随着温度的变化而改变,表现为某一固定灰度值,因此,可利用非制冷IRFPA响应的这种线性特征来检测出过热像元和死像元。实验结果验证了该算法的有效性,为非制冷IRFPA的盲元补偿提供了基础。

1×128热释电IRFPA CMOS读出电路的研究

热释电红外焦平面阵列是非致冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一 ,其读出电路是关键部件 ,属数模混合集成电路。分析了热释电读出电路的特点 ,设计原则 。