非制冷红外热成像系统关键技术研究

【摘要】近年来，红外成像技术得到迅速的发展，无论在军用或者商用领域，红外热成像系统都发挥着重要的作用。相对于传统的制冷型热成像系统，非制冷红外成像系统具有价格低、体积小、重量轻、功耗低的优点，并逐渐在红外热成像系统的技术发展中获得更大的关注。本文首先从红外成像系统基本理论出发，研究了红外热成像系统的基本模型，并分析了影响系统成像质量的主要因素以及生成的红外图像的主要特征，并重点针对红外焦平面阵列的非均匀性校正、红外图像的高动态范围压缩和细节增强等问题进行了深入的研究。红外焦平面阵列的非均匀性严重影响了系统的成像质量。分析了系统非均匀性特征及其产生机理后，探讨了国内外研究中基于黑体标定和基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正方法。针对传统基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正过程中鬼影现象和目标退化问题，提出了一种基于受限高斯滤波的非均匀性校正方法。实验表明，该方法将红外图像的图像的信噪比(PSNR)从19.43dB提高到了30.71dB，在得到较好的非均匀性校正效果的同时，有效地解决了图像的鬼影现象以及景物退化的问题。针对红外图像普遍具有对比度低，信噪比低等特点，研究了红外图像动态范围压缩和细节增强的主要手段。针对传统红外图像动态范围压缩和对比度增强方法对原始图像信息保留不足的缺点，提出了一种基于最优映射曲线的红外图像动态范围压缩和对比度增强方法，该方法在最小化了图像增强前后均方误差的同时，明显改善了图像的整体视觉效果，且处理速度快，自动化程度高，适合红外图像视频的实时处理。为实现红外热成像系统信号的实时处理，设计了基于FPGA的红外成像信号处理系统。该系统以FPGA作为核心实现了系统的焦平面驱动设计、红外焦平面阵列非均匀校正、图像的动态范围压缩和细节增强处理、图像的模拟视频输出以及该系统中数据流控制等全部功能。最后，针对研制的红外热成像系统，利用现有的测试平台以及Matlab等图像处理软件，对该系统的功耗，非均匀性、噪声等效温差、最小可分辨温差及系统成像时间等指标进行了详细的评估。本文的研究内容对中科院某型非制冷红外热像仪的成功研制具有重要的参考意义和实用价值。
【作者】吴泽鹏；
【导师】宣明；贾宏光；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，机械工程，2013，硕士
【关键词】红外成像；红外焦平面阵列；非均匀性校正；动态范围压缩；对比度增强；图像实时处理；

【参考文献】
[1]姬慧娜.信息技术环境下情感教学的现状及策略研究[D].西北师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[2]李煊,庄镇泉.Web访问挖掘预处理的用户识别算法[J].计算机工程与应用,2002,07:173-176.
[3]沈栋平.发动机冷却水泵CFD数值模拟研究[D].吉林大学,2014.
[4]刘洋.影响益生菌活性因素的研究[D].陕西科技大学,发酵食品科学与工程,2013,硕士.
[5]王昀.某高层住宅剪力墙结构体系的优化设计与关键问题探讨[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[6]魏可营.清末书院改制研究[D].曲阜师范大学,高等教育学,2013,硕士.
[7]董高霞.基于组合方法的短期电力负荷预测[D].郑州大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[8]孙永波.掺杂碳纳米管的向列相液晶中的空间光孤子的研究[D].哈尔滨工业大学,2011.
[9]李丹丹.Oracle数据库字符集转换成Unicode产品开发[D].北京交通大学,2014.
[10]时光.A公司实施CRM系统的案例研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[11]吴雪迪.建筑企业全面成本管理的研究[D].浙江大学,2003.
[12]赵刚.不同运动干预对民航飞行学员前庭功能稳定性影响的实验研究[D].天津体育学院,体育教育（专业学位）,2014,硕士.
[13]周梦琼.美国Texas州高中健康教育教材《Glencoe Health》研究[D].华东师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[14]刘彦明.水墨人物画创作图式的探究[D].首都师范大学,美术学,2014,硕士.
[15]韦晓广.基于机器学习的小电流接地系统单相接地故障选线[D].中国矿业大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[16]杨玉芹.信息技术在高中英语研究性教学中的应用研究[D].东北师范大学,现代教育技术,2012,硕士.
[17]邓奇欢.GL公司移动物联终端营销策略研究[D].安徽大学,工商管理,2014,硕士.
[18]付广柱.注射成形制备Cu/Al_2O_3复合材料工艺研究[D].中国矿业大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[19]牛童.气浮工作台性能研究[D].河南科技大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[20]秦雯.棚区智能化监控系统可靠性研究[D].黑龙江八一农垦大学,农业机械化,2014,硕士.
[21]李金朋.PDCD5在胆道闭锁患儿胆管组织中的表达及意义[D].华中科技大学,外科学,2013,硕士.
[22]孙海涛.西安市社保基金征收工作的问题与对策研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[23]李少远,杜国宁,CHENHui-gang.基于模糊性能指标的广义预测控制器参数调整[J].控制与决策,2003,06:676-680.
[24]李自成.超细银粉表面电性质与载银TiO_2光催化剂性能研究[D].华东师范大学,物理化学,2004,硕士.
[25]刘宁.液冷系统中流体流动及换热特性的研究[D].南京理工大学,制冷与低温工程,2013,硕士.
[26]赵波,郭创新,张鹏翔,曹一家.基于分布式协同粒子群优化算法的电力系统无功优化[J].中国电机工程学报,2005,21:4-10.
[27]王剑.高温退火对直拉硅抛光片表面质量及氧沉淀的影响[D].浙江大学,材料工程,2014,硕士.
[28]厉超,卫志农,倪明,余文杰,孙国强,孙永辉.基于变量代换内点法的加权最小绝对值抗差状态估计[J].电力系统自动化,2015,06:48-52+106.
[29]刘洋,陆向红,计建炳.利用Ni,Mo改性的氧化铝催化生物柴油脱羧制备烃类燃料的研究[J].可再生能源,2014,09:1413-1417.
[30]丁杨.重组人乳头瘤病毒HPV 11 E7蛋白的表达及其多克隆抗体的制备和鉴定[D].浙江大学,皮肤病与性病学,2014,硕士.
[31]杨龙.移动无线传感器网络低功耗路由协议研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[32]张效栋.彩色3D激光扫描数据处理方法的研究[D].天津大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[33]朱元元,李正阳,贾进,王李波,周爱国,昝青峰.二维晶体材料MXene的制备及其摩擦学性能研究[A].中国硅酸盐学会特种陶瓷分会.第十八届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C].中国硅酸盐学会特种陶瓷分会:,2014:2.
[34]伍金明.移动通信地理信息系统（GIS）工程设计[D].电子科技大学,2005.
[35]陈剑.智能型分布式信息系统的结构与功能[J].计算机系统应用,2002,01:12-15.
[36]唐建侯,李亚林,张晓斌,唐晓雪,张林,陈晓超.山地三分量资料采集技术研究的进展[J].石油地球物理勘探,2003,01:1-4+16-114+112.
[37]刘建业.商业银行经济资本管理与实践研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[38]郭莉莉.聚L-乳酸基驻极体膜的制备及其性能研究[D].郑州大学,包装材料与工程,2013,硕士.
[39]蔡亚东.蒲公英、龙葵的抑菌活性及其加工制剂的研究[D].甘肃农业大学,植物病理学,2003,硕士.
[40]邓婷.化工物流园区铁路危险货物运输车辆调配模式优化研究[D].北京交通大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[41]于强强,韩学山,郝广涛,张玉敏,张学清.考虑储备阈值的电动汽车换电需求分析[J].电力系统自动化,2014,10:49-54.
[42]刘雪楠,邓超,高颖,邬冰.电极工艺对甲酸氧化阳极催化活性的影响[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2014,02:24-26.
[43]黄思聪.铁碳微电解—重金属捕集—沉淀-BCO-吸附工艺处理PCB废水的工程应用[D].华南理工大学,环境工程,2012,硕士.
[44]祁耀坤.车辆修造制度改革的探讨[J].中国铁路.1994(03)
[45]刘婷婷.苦参碱逆转急性早幼粒细胞白血病维甲酸耐药的机制研究[D].浙江中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[46]吴耀辉.基于FDTD的雷击杆塔瞬态响应仿真研究[D].华中科技大学,高电压与绝缘技术,2013,硕士.
[47]罗红梅,杨培杰,王长江,于静,穆星.基于多点地质统计学多数据联合约束的岩相模拟[J].石油地球物理勘探,2015,01:162-169+19.
[48]施朝霞,曹全君,常丽萍.一种新型集成荧光传感器设计与实现[J].传感器与微系统,2014,06:69-71.
[49]于思远.锻压机床行业拥有自己的春天[J].机械工人.2004(12)
[50]孔爽.高中化学教材经验定律和理论定律呈现方式的特点分析[D].东北师范大学,课程与教学论,2012,硕士.