新型无TEC的非制冷IRFPA读出电路研究

为了降低非制冷红外焦平面阵列的功耗，研究了去除热电制冷器（TEC）等温度稳定装置的读出电路。通过对微测辐射热计的电阻温度特性的分析，设计了一种新型无需温度稳定装置的读出电路，该电路的Flash存储器存储不同温度下的校正系数，温度传感器实时检测探测器的环境温度，从Flash中取出相应的温度校正系数送入数模转换器(DAC)，通过DAC的电压输出来控制探测器偏流以进行环境温度补偿。HSPICE模拟结果表明，电路输出与探测器工作的环境温度无关，系统的总功耗下降了80%，同时电路噪声保持在一个较低的水平。     

环境温度补偿的红外焦平面阵列非均匀性校正

由于非制冷红外焦平面阵列的非均匀性随使用环境温度的变化漂移,校正参数需要经常更新.针对非制冷红外焦平面阵列非均匀这一特点和定标校正的不足,应用红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,提出了环境温度补偿的非均匀性校正,该方法既考虑了在大动态范围目标温度探测器响应的非线性,又考虑了使用环境温度变化对非均匀性的影响,从而...     

基于积分时间的国产红外探测器非均匀性校正算法

由于受制造探测器的半导体质量和工艺过程等因素的影响,红外探测器存在积分时间响应不均匀性。为了提高红外探测器的成像质量,有必要对其存在的非均匀性进行校正。分析了积分时间对探测器单元响应输出的影响,详细阐述了基于积分时间的非均匀性校正算法的原理,并提出了一种盲元补偿方法。将该算法用于国产640×512制冷型探测器的非均匀性校正实验,结果表明该算法对探测器的非均匀性校正具有明显的效果。     

具有自适应校正功能的红外成像系统设计

针对红外焦平面阵列（IRFPA）响应随温度及时间漂移的特点,及红外成像系统兼备测量和监视的要求, 设计了一种能够对环境自适应的长波非制冷红外成像系统。系统采用FPGA 单处理器架构,实现系统控制和图像处理等功能,简化了系统架构,降低了功耗。采用ADN8830 进行控温,使探测器工作在最佳工作温度点,保证了探测器的成像性能。提出了基于黑体快门的非均匀性校正技术,实现了红外图像的实时校正,并有效补偿了外部环境的影响。视频输出采用模拟和数字双输出方式,模拟视频输出为图像增强后输出,便于人眼观察,数字输出为12 bit 量化原始输出,可用于测量,系统可同时满足监视和测量的要求。试验结果表明,系统具有成像质量良好、环境适应性强、功耗低等特点。     

384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计

在分析了法国ULIS公司的384×288元的长波红外非制冷微测辐射热计UL03191结构、性能及工作参数的基础上,针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于CPLD驱动电路。通过使用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成12位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特点,比较两种模式的测试结果,得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小等特点。同时,设计了基于ADN8830单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统,该系统设置电压由CPLD控制,可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作,从而较好的改善探测器工作性能和成像质量,降低探测器功耗。     

一种具有衬底温度补偿功能的非制冷红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响,利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5 μm CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明:在衬底温度变化20 K时,ROIC输出信号仅变化2 mV,实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能,有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗,小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.     

加入运动触发场景的非均匀性校正方法

针对目前非均匀性校正方法存在的问题与不足，介绍了适于红外焦平面阵列探测器的非均匀性校正处理方法。其特点是用一个触发电路使基于场景的非均匀性校正电路对探测器的运动信号做出响应。实验结果表明，在没有劣化静态场景的情况下，该方法实现了运动场景信号的校正，不仅消除了红外焦平面阵列响应的非均匀性，而且补偿了其漂移。     

基于片上系统设计的红外头盔成像电路

介绍了320×240非制冷红外头盔成像单元的基本原理,以及基于片上系统设计非制冷红外头盔热成像电路单元的方法,给出了现场可编程阵列功能组成框图。在分析成像电路结构的基础上,重点介绍了A/D转换、非均匀性校正及显示控制等关键技术,对主要驱动信号进行了仿真,结果表明:采用单片高性能的现场可编程器件,基于片上系统方法设计非制冷红外头盔成像电路是可行的。     

一种具有片上补偿功能的红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,提出了一种恒流偏置的红外读出电路(ROIC),该电路具有衬底温度补偿功能,且可实现片上偏移非均匀性补偿。基于微测辐射热计等效电阻受目标温度、衬底温度等影响的等效模型,每个读出通道采用两个盲电阻以消除衬底温度的影响,同时使用DAC逐点调节参考电压,以完成片上偏移非均匀性补偿。该ROIC应用到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上,已在CSMC 05MIXDDST02的0.5μm CMOS标准工艺下成功流试验片。电路测试结果表明:对于常温目标,当衬底温度变化60 K时,输出电压变化小于500 mV;经偏移非均匀性补偿后,阵列的固定图像噪声为11.8 mV。该ROIC适用于应用于复杂温度环境的高均匀性非制冷红外探测器。     

长波红外非制冷光学系统设计

由于温度变化会导致红外光学系统的成像质量变坏,因此,对于工作环境温度在-45～60℃之间的长波红外折射光学系统来说,无热化设计成为光学系统设计的难点和关键.为研究不同的无热化补偿方式的特点,分别设计了基于光学被动式无热化补偿和基于机械被动式无热化补偿的两种长波红外非制冷光学系统,对比分析了两种光学系统的优缺点,给出了选择无热化补偿方法的基本原则.     

基于Mie 散射理论水雾介质红外辐射衰减的校正研究

水雾环境对红外辐射有着较强的衰减作用。在工业生产中水雾环境十分常见, 连铸二冷区铸坯的冷却装置采 用的就是人工水雾系统, 而准确掌握连铸二冷区铸坯表面温度对提高产品质量的稳定性具有重要意义。针对二冷区 大量水雾对连铸坯表面非接触式测温存在干扰的问题, 提出了一种基于 Mie 散射理论的校正方法。首先根据现场使 用的气水喷嘴进行模拟实验, 分析现场水雾的水流分布, 建立水雾状态模型; 然后分析水雾状态模型下红外辐射的衰 减特性, 通过模拟试验计算得到相应的消光系数, 并利用朗伯比尔定律得到红外辐射衰减的校正因子, 将校正因子添 加至非接触式红外测温系统中进行实时温度值的校正。研究表明, 通过校正因子的导入能够有效地提高非接触式红 外测温系统的精度。     

红外光谱分析仪温度漂移的软件补偿法

在对红外光谱分析仪的研究与开发过程中,发现仪器传感、信号放大、信号处理等多个环节对环境温度的变化敏感,对仪器的正常工作有明显的负面影响,会导致仪器测量不准,解决这一问题的常用方法就是温度补偿。采用温度补偿电路对仪器系统的温度漂移进行补偿不但补偿过程复杂、效果有限而且会增加仪器系统的成本。通过研究和实验,认为采用软件的方法对仪器的温度漂移进行补偿,具有综合补偿效果好、方法简单、不增加成本的突出优点,是一种值得推荐的方法。     

实时红外图像非均匀性校正技术研究

在分析红外图像非均匀性噪声产生机理的基础上,介绍了红外成像系统非均匀性校正原理,从数字图像处理的角度阐述了校正方法,提出了因子加权校正结构,并给出了其硬件实现。利用该方法可以有效地消除红外图像的非均匀噪声,增强红外图像的视觉质量。     

红外热像仪高精度测温标定技术

红外热像仪能够监测目标温度从而起到事故预警与位置确认、大规模人体表面温度筛查等作用。由于环境温度变化与红外辐射吸收产生的温度漂移现象,目前大部分测温红外热像仪需要采用黑体进行实时校正,但是基于黑体的红外热像仪架设场景固定,便携性差。针对以上问题提出了一种无黑体式红外热像仪测温标定和温度补偿技术,通过对红外测温原理进行推导,采用多黑体标定获得目标温度与辐射量的先验关系,针对探测器内部结构引起温度漂移,由牛顿冷却定律进行非线性建模实现实时温度补偿。通过实验验证,所提出的测温标定技术可将测温平均相对误差长时稳定保持在0.9%以内,相比于标定前平均相对误差有效降低64%,从而实现小型化红外热像仪便携、实时、稳定高精度测温。     

基于智能型红外焦平面电路液氮成像系统的研究与算法实现北大核心CSCD

提出了一种智能型红外焦平面电路液氮成像系统,系统采用UART转SPI数据传输,上位机VB软件开发SPI配置界面,可提高SPI寄存器批量配置效率和准确率,减少外界干扰产生误码和乱码情况,并结合FPGA、自研的IRCamExpert-CETC图像处理软件和图像采集卡搭建软硬件成像系统,本系统具有红外视频图像在线监测和多芯测试能力。本文进一步提出了基于单片像元级ADC的背景减除、盲元补偿、非均匀性校正、开窗、像素合并、空间滤波、图像均衡变换、时间延迟积分多种图像算法和总体算法结构,并通过对一款640×512阵列的智能型红外焦平面电路进行测试,验证了单片红外焦平面多功能图像算法,并实现了系统对智能型红外焦平面全参数的性能评估。采用像元级进行图像处理的方式,降低了采用算法级进行后续图像处理的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。多功能图像算法为智能型红外焦平面的工程化应用提供了新技术途径。     

红外人体测温精度补偿方法研究

针对现有人体测温方案测量精度低,使用条件受限等问题,研究了基于红外热成像的无接触人体测温精度补偿方法。综合考虑测温器件,测温环境对测量精度的影响,为解决常规测量方法存在的红外相机输出值随时间发生漂移,红外相机存在周期性斩波信号,温度测量距离不断变化,温度输出值存在频域噪声等多种问题,提出了综合性的温度测量精度补偿方法,有效降低了温度测量的误差。实验表明,通过本文的精度补偿方法,在不同距离下的人体温度测量误差不超过±0.2℃,可以实现人体温度的精确测量。     

New digital compensation technique for the design of amicrocomputer compensated crystal oscillator

The study of the stability of frequency sources is a matter of major interest due to the evolution of communication and instrumentation systems resulting in increasing the number of channels in a limited spectrum, and reducing size and power consumption. The paper relates laboratory experiences that explain the behavior versus temperature of thickness-mode quartz crystal resonators (AT- and SC-cut crystals) that are applied to the control of frequency sources, and the performance of digital compensation techniques. Prototypes of microcomputer-compensated crystal oscillators (MCXO's) have been developed to compare the compensation performance using the resonator as the temperature sensor against the use of an external sensor and verify the reduction of compensation errors due to thermal lags and hysteresis. The design of a CMOS integrated circuit for the MCXO is also included. A frequency correction method that does not modify the crystal resonance has been implemented in the circuit. This allows sensing of the temperature by means of the crystal and improving its long-term stability (aging). A new frequency comparator is also introduced. Its aim is to obtain the difference between two very close frequencies at its output, without being affected by the phase variations that the new frequency correction method and the digital circuit introduce. This detector has been implemented to get a high-resolution thermometric frequency and to realize a frequency-locked loop that includes a crystal controlled local oscillator, allowing the use of the MCXO as a good short-term stability source     

红外光学系统被动式无热化设计方法

红外光学系统在一定温度条件下会由于温度变化导致系统成像质量变差。利用光学材料热特性之间存在的差异,提出一种光学被动式无热化设计方法,分析了透镜组的消像差方程组并进行求解,讨论了不同透镜材料消热差和消色差的实现过程,利用不同材料合理匹配与合理分配光焦度实现热补偿。针对相同技术指标,设计了两个红外双波段光学系统并对两种系统性能进行比较,结果表明,采用热补偿措施的红外系统在-40～+60℃温度范围内弥散圆尺寸变化不大,焦距变化量小于系统最小焦深,成像质量接近衍射极限,不同温度下系统焦距的变化不影响成像质量和性能。     

基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法

针对传统红外视景仿真中红外纹理生成效果生硬,真实感欠缺的问题,提出了一种基于温差扰动补偿的红外纹理生成新方法。该方法以实测红外图像为数据源,模拟红外成像机理构建红外成像链路模型,解耦环境影响因素得到红外图像各像素点对应的温度值,通过建立的目标表面热平衡方程和一阶导热方程求解实测与仿真时刻表面温度均值,利用各点温度与实测时刻均值温度的差值求得表面温差扰动,最后对仿真时刻均值温度进行温差补偿,得到表面的预测温度分布,并将计算出的辐亮度数据存储为DDS(Direct Draw Surface)纹理格式,以提高纹理生成的实时性。实验结果表明,该方法充分考虑到真实红外数据源的可靠性,同时兼顾红外纹理生成效率,在红外视景仿真中具有较好的工程实用价值。