基于FPGA的短波红外探测器配置方法研究

针对InGaAs短波红外探测器的配置需求,提出并设计了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的短波红外探测器配置方法。以FPGA作为核心处理器,利用VHDL语言实现了短波红外探测器的配置功能。通过RS-232接口,可与上位机进行通信和在线发送及调整探测器输出数据的顺序等参数,并通过指令切换探测器的积分之后读出(Integrate Then Read,ITR)工作模式和积分同时读出(Integrate While Read,IWR)工作模式。实际应用表明,本文的配置方法能够使短波红外探测器正常工作,能够灵活调整工作模式和配置参数,满足短波红外探测器的实际应用需要。     

中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀）

随着红外器件和成像技术的不断发展,各种夜视系统对百万像素的中波红外成像组件的需求越来越多。基于国产15 μm 1280×1024中波HgCdTe探测器,以探测器和杜瓦自身包络为基准,突破小体积、轻量化、一体化设计,研制出了紧凑型双FPGA处理平台的百万像素中波红外成像机芯组件,组件尺寸155 mm×95 mm×95 mm,质量为1400 g,支持SDI、Cameralink接口输出;在该平台上实现盲元替换、非均匀校正、降噪、细节增强、动态范围压缩、局部增强等实时图像处理算法,针对传统的红外成像算法提出了基于残差的非均匀校正算法与自适应局部增强算法,提升组件的成像性能。测试试验表明:组件实时输出分辨率为1280×1024像素的高质量低噪声的红外图像,噪声等效温差（NETD）<30 mK,组件满足高温60 ℃,低温?40 ℃工作要求,组件所采用的改进处理算法,最终输出图像提升明显。     

红外探测器振动噪声自动采集系统设计

红外探测器应用时受环境影响或外力作用会产生机械振动,从而引起振动噪声。噪声电压干扰会极大地降低探测器的跟踪能力和探测距离。因此振动噪声引起广泛关注,它是评价探测器的重要参数,也是剔除不合格探测器的重要手段。随着国内与国际市场对红外探测器的需求日益增加,传统人工监测并记录的测试方法已不能满足目前的产能需求。研究了一款支持不同规格红外探测器的振动噪声自动采集系统,主要介绍了系统设计原理、系统组成、各模块功能等。该系统的成功应用有效解决了红外探测器振动噪声测试效率低、准确率低的问题。以一款多元探测器为例,测试效率提高3倍,准确率为100%。该系统实现了振动噪声测试自动采集、无人值守,节约了人力成本。     

高性能短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外InGaAs焦平面探测器的研究。0.9~1.7mm近红外In Ga As焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1等多种线列规格,以及320×256、640×512、4000×128等面阵,室温暗电流密度<5 n A/cm~2,室温峰值探测率优于5×10~(12)cm×Hz~(1/2)/W。同时,开展了向可见波段拓展的320×256焦平面探测器研究,光谱范围0.5~1.7mm,在0.8mm的量子效率约20%,在1.0mm的量子效率约45%。针对高光谱应用需求,上海技物所开展了1.0~2.5mm短波红外InGaAs探测器研究,暗电流密度小于10 n A/cm~2@200 K,形成了512×256、1024×128等多规格探测器,峰值量子效率高于75%,峰值探测率优于5×10~(11)cm×Hz~(1/2)/W。     

小型化非制冷热像仪设计与实现

为实现非制冷红外热像仪在手持设备上的应用，针对性的设计和实现了小型化、低功耗热像仪，该热像仪使用国产化非制冷红外探测器，硬件采用FPGA处理器和LPDDR2存储器，程序上将硬件逻辑算法与NIOS II软核相结合，实现了红外探测器的时序驱动、TEC控制、非均匀性校正、图像增强算法和多种对外接口。对热像仪进行测试:该系统成像质量较高，系统功耗最小1.4Ｗ，延时量小于1ｍｓ，且系统具有较强的可拓展性，可在手持设备上使用。     

128?128元双色红外探测器成像电路设计

介绍了针对128×128元双色碲镉汞红外焦平面探测器而设计的一种探测成像系统。该探测成像系统包括探测器适配、视频模拟信号调理、模数转换、非均匀校正以及数字图像输出模块等功能模块。结合光学系统和上位机图像记录软件,对该探测成像系统进行了相关成像试验及性能测试。目前,该探测成像系统已成功应用于红外导引系统。     

基于SOPC的红外热成像系统设计与实现

为了满足边海防监控领域对高分辨率非制冷红外热成像技术的需求,本文提出了一种基于GST817VM1E国产非制冷红外探测器的成像与增强显示技术方案。该方案以SOPC为核心搭建硬件平台,采用DDR3SDRAM作为红外图像缓存器,使用SOPC内部集成NiosⅡ软核作为系统控制器,配合SOPC可编程单元实现探测器焦平面非均匀校准、两点校正、盲元补偿、减本底、自动聚焦和自适应图像增强等处理,支持输出PAL、DVI、Cameralink等接口红外视频图像。实验结果表明,本方案可输出14位灰度级800×600分辨率红外图像,帧率可达到60frane/s,支持连续变焦和自动调焦控制,具有大面阵、高分辨率、高帧频等优点,能够满足边海防监控等领域应用需求。     

320×256长波红外探测器低噪声采集系统设计

针对320×256长波红外焦平面探测器工作原理和输出信号特点,从低噪声角度出发,设计了长波红外探测器采集系统,着重解决了如何在满足驱动能力条件下降低噪声问题.对提供精密偏置电压和输出信号处理过程给出了详细的设计思路和实现方法.实验结果表明,系统获得了较好的噪声特性,在300K和310K黑体照射下、探测器积分80μs且远未饱和情况下,平均噪声等效温差为80mK.     

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。     

双色红外焦平面阵列读出电路设计

根据P-N-N-P型叠层双色红外焦平面阵列探测器结构及其等效电路,提出了一种128×128同时积分、同时读出型双色红外焦平面读出电路原理及实现方式。单元电路采用直接注入结构作为输入级,在给定的单元面积内获得了较大的积分电容,满足了单元电路内中、短波两个独立的积分信号通道的需求。仿真结果表明该电路满足预定的设计要求,积分时间可调,读出速率大于等于5MHz,中、短波输出电压的线性度均达到99%以上,功耗约68mW。