非制冷紅外焦平面探測器測試及驗(yàn)證成像技術(shù)研究.pdf

1、非制冷紅外焦平面探測器的誕生及發(fā)展是紅外技術(shù)領(lǐng)域一次革命性的突破，它具有體積小、功耗低、成本低、可靠性高的特點(diǎn)，其衍生的非制冷紅外熱像技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，因此非制冷紅外焦平面探測器及其應(yīng)用技術(shù)正成為各國研究的熱點(diǎn)。
　　本課題對非制冷紅外焦平面探測器的測試驗(yàn)證技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，完成了微測輻射熱計(jì)和非制冷紅外焦平面探測器的測試驗(yàn)證技術(shù)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，突破了測試驗(yàn)證技術(shù)中的各種關(guān)鍵技術(shù)，研制了的高速、高精度的紅外焦平面探測器測試

2、系統(tǒng)，同時基于項(xiàng)目組自主研發(fā)的320×240非制冷紅外焦平面探測器，設(shè)計(jì)和開發(fā)了多功能、高性能的紅外熱成像儀并實(shí)現(xiàn)了驗(yàn)證成像。論文主要的研究內(nèi)容和成果綜述如下：
　?。?）在微測輻射熱計(jì)測試技術(shù)方面，深入研究了微測輻射熱計(jì)的傳感機(jī)理，建立了微測輻射熱計(jì)的光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)的數(shù)學(xué)模型。基于數(shù)學(xué)模型提煉了微測輻射熱計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，提出了通過鎖相放大技術(shù)（LOCK-IN AMP）測試微測輻射熱計(jì)響應(yīng)電壓和噪聲電壓的方法，克服了微測輻射熱計(jì)微

3、弱信號提取的技術(shù)難題。在熱學(xué)性能參數(shù)的測試方面采用了I-V測試熱導(dǎo)的方法，發(fā)現(xiàn)了通過減小偏置電流的手段，可忽略有效熱導(dǎo)和總熱導(dǎo)誤差的技術(shù)問題，同時提出了變頻鎖相放大技術(shù)測試響應(yīng)時間的方法。對比測試結(jié)果與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，確認(rèn)了該測試方法的準(zhǔn)確性和有效性。
　?。?）非制冷紅外焦平面探測器測試技術(shù)方面，研制了非制冷紅外焦平面探測器測試系統(tǒng)，細(xì)闡述了該測試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、板級系統(tǒng)工作原理，各模塊參數(shù)指標(biāo)以及關(guān)鍵技術(shù)的解決方案，并利用標(biāo)準(zhǔn)探

4、測器進(jìn)行驗(yàn)證測試，主要指標(biāo)測試精度可≤1％。在測試系統(tǒng)中，低噪聲偏置電壓源模塊采用了網(wǎng)絡(luò)反饋控制結(jié)構(gòu)和數(shù)字電位器技術(shù)，解決了電壓源的低噪聲、高精度調(diào)節(jié)以及寬溫度適應(yīng)性的技術(shù)難題。同時，測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分還采用了PCIE總線技術(shù)和DMA的工作模式，解決了多規(guī)格、大規(guī)模、高幀頻的紅外圖像實(shí)時采集的技術(shù)難題，克服了采集過程中由于CPU響應(yīng)速度原因帶來的數(shù)據(jù)丟失問題。
　?。?）非制冷紅外焦平面探測器驗(yàn)證成像技術(shù)方面，研制了基于國產(chǎn)3

5、20×240非制冷紅外焦平面探測器的熱成像儀系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了最新的FPGA+ARM的硬件結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了參數(shù)標(biāo)定和實(shí)時成像一體化的集成設(shè)計(jì)理念。在圖像算法設(shè)計(jì)中，本文提出了一種改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正算法，克服了傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法目標(biāo)退化和偽像的不足。在圖像增強(qiáng)算法中，本文采用了改進(jìn)的二叉堆算法，本算法大大提高了圖像增強(qiáng)算法的效率，克服了由于探測器狀態(tài)變化而導(dǎo)致拉伸畸變的問題。為了更好地修飾細(xì)節(jié)，本文還提出了基于梯度信息自適應(yīng)權(quán)值調(diào)整的紅