搜索
华中科技大学HuazhongUniversityofScienceandTechnology非制冷红外焦平面阵列成像电路实现光学工程201G级001班MM答辩人：UUU导师：目录•选题背景及意义1•国内外研究现状2•整体方案的提出和实现3•关键技术与实践难点4•研究现状与进展5•后续的调试以及任务6选题背景及意义——选题的背景1——选题的意义丰富的民用场景实用的军用场景选题背景及意义•红外成像系统由于其自身的一些特性（尤其是对温度方面的特性），在目标识别方面占据了很大的优势。随着光学技术的发展，红外成像技术在现代科学中发挥了至关重要的作用，各种红外成像系统已经广泛的应用于成像、跟踪、制导、侦察、遥感、弱信号探测、辐射测量、自动控制和激光探测等许多方面，尤其是因为红外探测器在军事中的应用而受到各国广泛的关注，并且得到迅速的发展。研究意义1.一切高于热力学温度的物体都在以电磁波方式向外辐射能量。2.大气，烟云等吸收可见光和近红外线，但对8~14um的热红外线却是透明的。前提依据1.选题背景及意义本课题的任务便是驱动非制冷红外焦平面阵列工作对外界的红外信号敏感，然后对输出信号进行处理，包括模数转换，非均匀校正等，最后将得到的数字信号通过USB2.0上传至上位机进行显示。国内外发展现状——国外发展现状2——国内发展现状1国外研究现状2国内研究现状3发展趋势2.国外研究现状作为世界最先进的高科技产品，红外热像仪的知名品牌主要集中在美国。其中最为出名的当属RNO，FLIR公司。RNO公司于1940年成立于美国芝加哥，是全球历史最为悠久的热像仪生产企业，以生产中高端热像仪为主。在二战中，RNO热像仪曾广泛应用美国军方。FLIR主要生产中低端的单筒红外夜视热成像仪，由于其没有光学产品的生产技术，所以一般生产低倍率，低分辨率的名用产品。在美国市场，FLIR占据大部分4000美元以下的低端热像夜视仪产品市场FLIR公司的PS32RNO公司的HC336-3国内红外研究武汉高德浙江大立广州飒特久之洋其他研究所等从事民用红外产品的企业主要有大立科技、武汉高德、久之洋、广州飒特等，其中大立科技、武汉高德和广州飒特三家的市场占有率大约在70%以上。43%18%16%6%17%国内主要红外产品企业的市场占额发展趋势这个世界是不进则退的，强者恒强。近十年来，我国在红外热像成像技术方面呈现飞速发展的趋势，与欧美国家的差距已经逐步缩短，某些武器装备的研制甚至与西方同步。红外热像仪发展方向：1.更高的阵列数2.更小的像素间距3.更清晰的成像的质量4.更轻，更小，价更低整体方案的提出与实现——方案的提出3——方案的实现过程得到未处理红外图像数据，基本显示对图像数据进行处理和传感器温度控制对数据传输速率进行控制，得到稳定图像系统整体框图RTD311简介RTD311实物图像元材料氧化钒帧率384H×288V@50fps像元尺寸17umx17um内嵌电路读出电路非均匀校正曝光模式卷帘式快门（RS）输出格式模拟电压信号智能数据配置接口SD0输出图像大小384*288功耗不超过150mW（25℃）工作温度-40ºC~+60ºC电源模拟3.6V/数字1.8V输出模拟信号范围1.0V~3.4V输入时钟MC：主时钟LS：行时钟FS：帧时钟系统模块1234RTD311的驱动电路模块驱动RTD311输出的模拟信号以及A/D后的数字信号使得传感器像素点的响应更加均匀，得到的图像质量清晰非均匀校正模块控制RTD311传感器内部温度平衡，输出更稳定温控模块数据传输模块数字信号传输至上位机，显示图像关键技术与实践难点——选题的关键技术4——选题实践难点1RTD311的驱动电路设计2USB2.0传输模块3非均匀校正模块驱动电路的设计1.由于RTD311芯片对电源要求较高，具有相对较严格的上电顺序驱动电路的设计2.输入时序信号采用12MHZ的时钟作为RTD311的MC像素时钟，FS的时期，298有效的行同步脉冲（LS）输入应确保298行的视频数据可以输出。FS高电平持续时间应等于一个MC周期的上升沿和下降沿，起始信号对齐到MC上升沿。LS高电平持续时间应该等于一个MC周期，上升沿和下降沿时间。对齐到MC的上升沿，此时便可在AOUT端用示波器测试到不稳定的模拟信号。驱动电路的设计3.加载DDAC数据由时序图可以看出，在行有效时期内完成的是对当前行的像素积分以及对上一行的图像输出和下一行的校正数据加载。USB2.0传输USB2.0的传输方式分为四种：中断传输，控制传输，同步传输和块传输。实时视频传输中只能采用同步传输和块传输。USB2.0理论传输速度可达到480bit/s。但受电脑配置不同和硬件电路的处理时间不匹配造成传输速度上的不匹配，USB2.0的传输速度可能会受到一定的影响甚至图像正常显示。为此，决定首先采用模拟数据传输方式。采用FPGA模拟仿真图像时钟以及行、场信号输出给UBS作为图像信号，测量USB2.0的速度以及选定传输的最佳配置方法。非均匀校正目前，国内外研究人员提出了多种红外焦平面阵列非均匀性校正方法，概括起来可以分为两大类：基于标定的非均匀校正算法和基于场景的非均匀校正算法。基于标定基于场景1.一点校正发2.二点校正点3.多点校正发4.多拟合校正法…1.神经网络校正方法2.时域高通滤波算法3.维纳滤波算法4.场景匹配算法…非均匀校正基于场景的这类非均匀算法要求场景或镜头保持运动，并且要有大量的图像帧参与运算，算法量大，限制了场景类校正算法在工程中的运用。因此，综合考虑，采用基于标定的校正方法，降低开发时间的同时比较几种非均匀校正的差距，并先采用MATLAB进行仿真，选取开发性价比最高的方法。项目现状与进展情况——项目现状5——项目的进展情况电路的焊接USB2.0传输测试采用FPGA仿真出类似图像信号的行，场以及像素时钟信号，输出给CY68013USB2.0芯片进行传输。获得最佳的配置达到最稳定的图像传输。基本的成像效果MATLAB仿真后续的调试以及仿真——后续的调试6——仿真立足于现在所做的，发奋挑战接下来的任务。展望工作SDRAM时序的理解以及仿真非均匀校正的实时实现与电路调试温控芯片的选型及控制实现论文的撰写与修改整机的整体正常使用与测试非均匀校正的多重仿真及比较总结本课题将要完成对非制冷红外焦平面阵列的时序驱动，芯片温控，以及图像的非均匀校正，通过USB端口上传至PC或平板电脑上。以最终可以得到显示较为清晰的红外热图像为目的进行动手。期间可能会碰到一些问题，但相信自己可以克服困难，完成任务。谢谢！！