低功耗低噪聲非制冷紅外機(jī)芯組件設(shè)計(jì)研究.pdf

1、紅外成像技術(shù)是一種以熱輻射對(duì)象為探測目標(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)用前景和市場潛力。西方發(fā)達(dá)國家的非制冷紅外成像技術(shù)起步較早，而國內(nèi)起步較晚，在技術(shù)上與國外存在一定差距。
　　非制冷紅外機(jī)芯組件是組成成像系統(tǒng)的核心部分。本文的研究內(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、

2、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

3、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

4、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