非制冷紅外熱像儀論文-資料下載頁

　　

【正文】 數據一路進入直方圖處理模塊(見③), 另一路進入圖像增強級(見④)。經過兩級增強運算后, 圖像數據最后被輸出到視頻合成模塊。 基于 NiosII 的系統管理NiosII 是 Altera 公司開發的一種基于 FPGA 的可配置單指令流的 32 位 RISC 嵌入式處理器, 它支持DMA 數據傳輸, 支持用戶定制指令, 運算速度可達250 DMIPS。 NiosII 通過 Avalon 總線與 SDRAM、Flash、USB 控制器、鍵盤等外設相連, 通過時序控制邏輯發出的中斷請求實現與 DPRAM、直方圖處理模塊的數據通信。系統程序采用多任務管理，開機以后, 系統會首先初始化內部的寄存器和外設的狀態參數, 然后開啟校正/標定、鍵盤管理和 USB 通信等 3 個線程。為了保證系數更新的實時性, 校正/標定線程具有最高的優先級。 系統結構圖在校正/標定線程, 信號處理模塊與 NiosII 的數據交換是通過 DPRAM 完成的。DPRAM 是在 FPGA內部定制的雙向雙端口存儲器, 它一側與 NiosII 的Avalon 總線相連, 另一側與信號處理模塊相連。在標定模式下, 信號處理模塊直接將來自于 AD 的原始圖像數據存儲到 DPRAM 內。當完整的兩幀高溫和低溫黑體數據存儲結束后, NiosII 將會計算每個像素的增益和偏移校正系數, 確定盲元的位置, 并將這些參數存儲于 Flash 內。信號處理模塊也可以在時序控制邏輯的控制下將處理好的圖像數據存儲到 DPRAM 內,然后由 USB 通信接口傳輸到 PC 機。由于 DPRAM 每側的讀寫操作都是獨立的, 因此避免了信號處理模塊與 NiosII 對 DPRAM 訪問權的來回切換, 從而提高了數據的傳輸效率。經過盲元補償后, 圖像數據將在直方圖處理模塊內完成直方圖統計。在一幀統計結束后, NiosII 將按照灰度冗余增強技術對直方圖進行處理計算出下一幀的冗余增強系數 Ak+1和 Bk+1, 并在下一幀到來前傳遞給信號處理模塊。4 非制冷紅外熱像儀的性能參數非制冷紅外熱像儀的性能參數主要包含以下幾個個方面：(1)噪聲等效溫差（NETD）；(2)最小可分辨溫差（MRTD）；(3)最小可探測溫差（MDTD）；(4)非均勻性（NU）；(5)信號傳遞函數（SiTF）；(6)調制傳遞函數（MTF）。非制冷紅外熱像儀還有其它一些性能參數，比如焦平面陣列噪聲、視場角FOV與焦距f、系統分辨率、系統畸變以及系統光學同軸度等等。 噪聲等效溫差（NETD）噪聲等效溫差是假定測量源為黑體、大氣傳輸系數為1的情況下定義的實驗測量值。其定義為系統基準電子濾波器輸出的信號峰值與噪聲信號的均方根之比為1時黑體目標與背景的溫差，即 （）式中，為靶標與背景黑體源之間的溫差，為目標信號的響應電平，為背景信號的響應電平。然而在紅外熱像儀中，單個像元的NETD的給出需要用到信號傳遞函數（SiTF）的值，讓黑體源穩定在某一溫度，通過采集一定幀數的紅外焦平面陣列組件的輸出來計算時域的NETD值，其計算公式如下： （） （）式中，為第幀圖像內點的輸出值，為采集圖像的幀數，為像點的標準偏差。 信號傳遞函數（SiTF）（SiTF）來計算噪聲等效溫差（NETD），SiTF是典型的S型響應度函數線性部分的斜率，其表達式為： （）式中，采集卡接收到的電壓信號輸出，為平行光管與大氣光譜的有效透過率的加權平均值，為靶標與背景黑體源之間的溫差。 最小可分辨溫差（MRTD）MRTD是像質的一個主觀度量，是實驗室內對視覺靈敏度和分辨率的綜合度量。MRTD是在某一頻率下四條紋剛好被熱像儀能夠分辨的差分溫度，其結果取決于觀察者的決策，是一個比較主觀的參數。MRTD與調制傳遞函數（MTF）相反，其漸近線的低頻段取決于非制冷紅外焦平面的非均勻性。一般測定MRTD的方法如下：首先，把直條紋及其互補圖像之間的溫度設為零攝氏度，逐漸增加，直至觀察者正好能夠分辨出四條直條紋，此時觀察者選擇的最小正溫度差為，臨界溫差即為；然后將直條紋及其互補圖像之間的溫度重置為零攝氏度，逐漸減小，直至觀察者正好能夠分辨出四條直條紋，此時觀察者選擇的最小負溫度差為，臨界溫差即為。通過這些值和平行光管的透過率，目標空間頻率的MRTD值計算公式如下： （）式中，為平行光管的紅外透過率。 調制傳遞函數（MTF）（MRTD）與調制傳遞函數（MTF）相反。MTF是用于系統設計、分析和性能說明的基本參數，它表示系統或系統元件對一個正弦波輸入的振幅響應。一般確定MTF的方法分為直接法和間接法兩種，其中直接法是測量不同正弦信號的響應，而間接法則是通過線擴展函數的傅里葉變換得到一維MTF。但是在紅外波長范圍內不容易獲得正弦信號，可以用方塊目標或是條紋目標先得到對比度傳遞函數，然后采用一系列數學近似將其轉換成MTF。 最小可探測溫差（MDTD）最小可探測溫差（MDTD）是熱系統靈敏度的實驗室測量，其中包含人的作用。它可以用前視紅外（FLIR）觀察一個方形或是圓形目標和均勻背景之間的溫差來得到。 非均勻性（NU）（MRTD）的漸近線的低頻段取決于非制冷紅外焦平面的非均勻性，因此非均勻性是低頻數據集結果的標準差與平均值的比率： （）式中，為像點在水平和垂直方向的校準偏差分量，為信號傳遞函數SiTF。關于非制冷紅外熱像儀的其它一些性能參數在這里就不再一一介紹了。性能參數除了作為非制冷紅外熱像儀的生產指標，更重要是它能體現該儀器在使用范圍內的價值，是非制冷紅外熱像儀在設計、制造、發展中必不可少的關鍵性因素。參 考 文 獻[1]邢素霞,張俊舉,常本康,[J].紅外與激光工程,2004,33(5):441444.[2] Hanson Charles M，Beratan Howand R. Thin film ferroelectrics: break though[A].SPIE[C].2002,.[3]李云紅,孫曉剛,[J].光學 精密工程,2007,15(9):13361341.[4][D].南京:南京理工大學,2002.[5][M].北京:國防工業出版社,1989.[6]范春利,楊立,[J].紅外技術,2002,24(5):2224.[7][D].南京:南京理工大學,2009.[8][M].北京:國防工業出版社,2005.26