非制冷红外成像系统图像处理及通信接口技术研究.pdf

南京理工大学硕士学位论文非制冷红外成像系统图像处理及通信接口技术研究姓名：郭献成申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：钱芸生20060601硬士论文非制冷红井成像系统阻像赶理及通信接口技术研究摘要非制冷红外成像系统，以其价格低、可靠性离、体积小、功耗低等优势在红外热成像系统的发展中占据着重要地位根据非制冷红外图像的特点，需要特定的图像算法对其进行处理；在图像数据的采集上，需要有可靠、方便的通信接口来实现红外数据的采集本文主要对红外图像的算法进行了研究，对通信接口进行了探讨本文就“非制冷红外成像系统图像处理及通信接口技术研究”这一课题，从以下的几个章节予以叙述第一章介绍了红外成像技术的发展、现状、前景、国内外的差距以及本论文所做的工作，比较了制冷型和非制冷型红外成像技术，讲述了非制冷型红外成像技术的发展优势第二章讲述了目前已经完成的非制冷红外成像系统，并对信号采集模块、图像处理模块和显示模块予以较详细的介绍第三章重点介绍了目前系统的通信模块——串口通信，介绍了串口通信上位机和下位机的程序设计，采集了红外图像原始数据，并在红外图像原始数据的基础上进行非均匀校正、图像增强、盲元补偿等算法的评估。

第四章对C A N 总线和U S B 通信接口进行了探讨，设计了通信接口的软件和硬件，并进行了仞步的软硬件调试关键字：红外成像系统，非均匀校正，图像增强，盲元补偿，C A N 总线，U S B堡±堡茎芏塑堡垒竺塞堡墨竺望堡壁矍垄望堕堡里茎查竺塞A b s t r a c tU n e n o l e di n f r a r e di m a g i n gs y s t e mt a k e sa l li m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ed e v e l o p m e n to fi n f r a r e di m a g i n gs y s t e mb e c a u s ei th a sa d v a n t a g ei nl o wp r i c e ．h i g hr e l i a b i l i t y , 蜘∞I Ic u b a g ea n dl o wp o w e rc o n s u m p t i o n ．A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft m e n o l e di n f r a r e di m a g e , i tn c c d sp a r t i c u l a ri m a g ep r o c e s s i n ga l g o r i t h mt 0d e a lw i t h ．I nt h ec o l l e c t i o no f t h ei m a g ed a t a , i tn e e d sr e l i a b l e ，c o n v e n i e n tc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c et 0r e a l i z et h ec o l l c e t i ∞o ft h eu n c o o l e di n f r a r e di m a g ed a t a ．T h i sp a p e ri sm a i n l yd i v i d e di n t ot w op a r t s ：t h ea l g o r i t h me v a l u a t i n go f i n f r a r e di m a g ea n dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，T h er i f l eo ft h i sp a p e ri st h eP r o c e s s i n go fU n c o o l e dI n f r a r e dI m a g ea n dt h eR e s e a r c ho fC o m m u n i c a t i o nI n t e r f a c e ．C h a p t e rO n ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n t , c u r r e n ts i t u a t i o n ,p r o s p e c t , d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld i s p a r i t yo ft h ei n f r a r e di m a g i n gt e c h n o l o g ya n dt a s k so ft h i sp a p e r ．C o m p a r e dw i t ht h ec o o li n f r a r e di m a g et e c h n o l o g y , i ti so b v i o u so ft h ed e v e l o p m e n ta d v a n t a g eo fu n c o o l e di n f r a r e di m a g et e c h n o l o g y ．C h a p t e rT w oi n t r o d u c e st h ef i n i s h e du n c o o l e di n f r a r e di m a g i n gs y s t e ma tp r e s e n t ，i n c l u d i n gt h eg a t h e r e dm o d u l eo fs i g n a l ，i m a g ep r o c e s s i n gm o d u l ea n dd i s p l a ym o d u l e ．C h a p t e rT h r e ei n t r o d u c e st h eU R A TC o m m u n i c a t i o n , i n c l u d i n gt h ec o l l e c t i n go ft h eu n c o o l e di n f r a r e di m a g ed a t aa n dt h ea l g o r i t h me v a l u a t i n go fN o n - u n i f o r m i t yC o r r e c t i o n 、I m a g eE n h a n c e m e n t 、B l i n dP i x e l sC o m p e n s a t i o n ．C h a r p e rF o u ri n t r o d u c e st h ep o p u l a rc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ：C A NB u sa n dU S B ．I ti n c l u d e st h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e ' sd e s i g n i n go ft h ec o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ，a n dt h ep r e l i m i n a r yd e b u g g i n g ．K e y w o r d s ：I n f r a r e dI m a g i n gS y s t e m ，N o n —u n i f o r m i t yC o r r e c t i o n ，I m a g eE n h a n c e m e n t ，B l i n dP i x e l sC o m p e n s a t i o n ，C A NB u s ，U n i v e r s a lS e r i a lB u sn声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。

与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明研究生签名：盈! 拯蓝≯a f 年d 月玩目学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理研究生签名：一磊l 这蓝∥g 年f 月“日硕士论文非制冷红外成像系统图像处理及通信接口技术研究1 绪论红外热成像技术实际发展于二十世纪二十年代末期，由于其自身的特点和作用，已经引起了世界各国的高度重视，是当今世界各国高技术领域发展的热点冷战结束后，美军进行了全球战略调整，对未来战争提出了七种作战能力，其中前两种都与红外热成像技术密切相关Ⅲ．现在，发达国家的陆，海．空武器系统中，红外系统已经是不可缺少的，甚至是主要的传感器红外技术的发展主要以红外探测器的发展为核心，军事技术的需要和工艺水平的提高不断推动红外探测器的向前发展到目前为止，红外探测器已经发展到了第三代，其中的典型代表是灵巧的红外焦平面阵列( I R F P A ) 本章介绍红外成像技术的发展、现状，应用及本论文所做的工作。

1 ．1 红外成像技术的发展概况红外成像主要是一个红外探测的过程，是通过红外探测器将不可见的红外辐射转换为可见或可测量信号的过程红外探测器主要有采用制冷方式低温工作红外探测器和非制冷室温工作的红外探测器以下分别介绍制冷型红外热成像技术的发展概况和非制冷型红外热成像技术的发展概况1 ．1 ．1 制冷型红外热成像技术的发展概况从1 9 5 8 年英国的L a w s o n 研制出H 工d T c 探测器以后，1 9 6 4 年出现了第一台实时显示的军用热成像仪o ’2 0 世纪7 0 年代美国完成了热成像系统通用组件计划相继英国、法国等也研制了使用通用组件的热像仪，各国通用组件略有不同，其中以美国的第一代热成像仪通用组件技术的影响最大西方国家生产的第一代热成像仪产品总数大约有1 0 万台之多我国于9 0 年代初完成了第一代热成像组件的研制，开始少量装备部队，产品性能与国外第一代的相当，在热成像技术领域中实现了从无到有的转变，打破了技术封锁目前，国外制冷型红外热成像技术从第一代已经发展到了第三代第二代红外热成像系统已经开始装备部队，并逐步取代第一代热成像系统第二代红外热成像系统主要使用I I —V I 族的H g C d T 。

三元化合扬，广泛地用于l ～3pm ，3 ～5I tm ，8 ～1 4l Im波段的红外探测“1 与第一代热成像技术相比，第二代热成像技术的主要特征为：( 1 ) 探测器元数大为增加；( 2 ) 有一定信号处理功能的大规模集成电路，简单的光机扫描或无扫描机构；( 3 ) 在与第一代热像仪大致相同的条件下，作用距离是第一代的1 ．5 至2 倍，l硕士论文非制冷红外成像系统图像处理及通信接口技术研究温度灵敏度在5 0 m K 左右，工作波段可以为长波和中波波段”1 为了提高红外热成像系统在作战时的明显优势，提高抗伪装、抗尘埃和烟雾的能力，发现可探测性低并经过伪装的目标，目前，世界上正在开发第三代热成像技术第三代热成像要求探测和识别复杂背景中隐蔽目标的能力提高5 0 ％，提高帧速；并要求系统更轻、更小、零件更少、功耗和成本更低；作用距离是第二代的2 倍，对坦克的识别距离将达l O k m 左右，并且具有强大的信号处理功能第三代热成像技术主要的探测器材料为} { ＆L ，I S b 和Q w I P ( 量子阱) 等。