短波红外InGaAs面阵视频成像系统技术研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhang760327
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短波红外是红外探测领域的重要应用波段,在空间对地探测、工业检测、通信、生物医学、夜视监控等应用领域都具有重要用途。特别是在雾霾、夜晚等能见度较低的条件下,短波红外成像有其独特的优势。  由于InGaAs红外探测器具有不需低温制冷、量子效率高、响应速度快等优点,以及面阵探测器可直接获取二维图像信息,克服了线列探测器中扫描运动的影响。加之为满足实时监控的需求,本课题基于短波红外InGaAs面阵探测器进行视频成像技术研究,具有十分重要的意义和应用价值,为短波红外InGaAs面阵凝视视频成像技术的深入研究以及工程化应用建立良好的基础。  本课题完成的主要工作如下:  首先,对国内外短波红外InGaAs面阵探测器的研制状况进行了详细调研;其次,结合课题选用的320×256短波红外InGaAs面阵探测器特性和系统指标完成了成像系统的整体方案设计;第三,完成了成像系统的硬件电路设计,包括探测器驱动电路、信息获取与处理电路、FPGA核心控制器和USB传输电路;第四,采用模块化方法完成了成像系统内的FPGA软件编程,并在FPGA中完成了图像数据的减背景和非均匀性校正操作,保证了数据处理的实时性;第五,完成了成像系统原理样机的装校和系统测试工作,包括信噪比测试、MTF测试和外景成像实验。实验结果表明:成像系统能够实时采集和传输视频图像数据,探测器在视频工作条件下性能良好,获取了连续有效的高质量短波红外视频。  本文的创新点在于:  1)针对短波红外低照度、夜视监控的视频应用背景,本文提出了完整的面阵凝视视频成像系统方案设计,并完成了成像系统原理样机的设计实现与性能测试,为短波红外InGaAs面阵凝视视频成像工程化应用建立了良好的基础。  2)结合系统视频级成像要求,本文选择合适的低噪声器件、采用合理的电路结构以及硬件非均匀性校正方法,以USB2.0为传输方式,保证了数据处理与传输的实时性,取得了丰富有效的高质量短波红外视频图像。
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