非制冷紅外熱像儀論文-wenkub.com

　 　

【正文】 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。 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。 調制傳遞函數（MTF）（MRTD）與調制傳遞函數（MTF）相反。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。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。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。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。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。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。該平均值作為預備的補償值與該像素同時向后傳遞, 直到雙路選通開關。 為增強后的輸出信號 實時信號處理流水線首先進行增益校正(見圖 的①), 增益校正系數和原始圖像數據 Xi,j同時進入乘法器, 其乘積經過一級流水后到達加法器。 和 分別為增益校正系數和偏移校正系數。經過實時信號處理后的圖像數據將被送到視頻合成模塊, 該模塊將圖像數據、視頻同步(SYN)和消隱信號(BLANK)送到 D/A, 合成為符合CCIR—656制式的標準視頻。FPGA 內 部 集 成 了NiosII 嵌入式處理器、實時信號處理、直方圖處理、視頻合成、DPRAM、時序控制邏輯等模塊。測試結果表明, 這種系統不僅具有穩定可靠的成像質量, 還具有體積小、質量輕、結構簡單的優點。現在使得，則式（）變為 （）探測器的輸出值為，則令，有 （）在紅外波長范圍下可被測物體近似看作為灰體，則，且若對于大氣有，則被測物體表面溫度計算公式可以寫為 （）比較式（）和式（），可以看到，兩個公式雖然不同，但是對于環境的測量值和被測物體真實的測量值而言，形式相近，但式（）不僅考慮到大氣的因素，還將輸出具體到相應電壓，故式（）的測溫公式應用更加廣泛。[6]。由于紅外熱像儀工作波段比較窄，所以取，為所測波段上，的平均值，則可近似認為與波長無關。若考慮大氣與環境溫度不一致。在實際的測量過程中，紅外熱像儀所接收到的輻射包括[4]：(1)被測物體表面本身的輻射能量；(2)被測物體表面反射的環境輻射能量；(3)被測物體表面透射的環境輻射能量。即[5] （）式中，為黑體表面單位面積所發射的各種波長的總輻射功率，為其對應的熱力學溫度，為斯忒藩常數， 。其轉換過程為[4]：熱像儀對準目標時其瞬時視場將物體的表面看作一個個像元，然后通過內部機構將含有像元溫度的輻射能量匯聚到探測器上，從而探測器的輸出電信號幅度與輸入的輻射能量大小成正比，最后經信號處理在顯示器上顯示出對應于物體表面溫度分布的熱像圖。其性能要求如下： 1)提高探測器的靈敏度，采用新的光學材料； 2)發展小陣列； 3）要易于操作； 4）在封裝上，采用集成干膠片技術。根據非制冷紅外熱像儀的市場需求，未來非制冷紅外熱成像技術的主要發展方向為：（1）發展高性能的非制冷紅外焦平面陣列。這三家公司占據了60%的中國民用市場份額，產業集聚現象比較明顯。我國在非制冷紅外熱成像方面的研究主要集中在部分高等院校和研究院所。由中國科學院上海技術物理研究所所承擔的鈦酸鍶鋇鐵電薄膜材料研究項目已于2000年12月通過中國科學院上海分院鑒定。25μm像素的640X480、320X240焦平面陣列要求達到35μm像素的焦平面性能。與UL 01 01 1 型相比UL 01 02 1 E型內部增加了溫度穩定裝置，使探測器的溫度動態范圍大大增加，其工作性能受外界環境溫度的影響明顯減小。法國的Sofradir和LETI/GEA公司在非制冷微測輻射熱計上的發展打破了美國在這方面的壟斷。DRS公司在2001年報道了第一個研制的以640X480焦平面為核心的熱像儀U6000，2002年5月對該熱像儀進行了演示。可用在空降師、機械化步兵師等作戰部隊。（2）VOx電阻型探測器由于VOx材料具有較高的熱電阻系數，因此用此材料制備的非制冷探測器是目前性能最好的探測器，已經投入市場的焦平面陣列探測器的規格為320X240,像素尺寸為50μm，NETD為20mK，熱響應時間為20ms。（1）BST鐵電型探測器混合結構的BST熱探測器發展已經比較成熟，其中像素尺寸為50μm的320X240焦平面的NETD為47mK。1983年美國Honeywell開始研制室溫下的熱探測器，使用了硅微型機械加工技術。據國際光學學會（SPIE）預測，目前紅外熱成像產品的世界市場規模每年合計40億美元，美國產品占50%以上。日本電氣公司主要從事以VOx為材料的電阻型探測器的研究，其第一個原理型探測器的NETD為150mK(256X256,50μm像素尺寸)。英國從事非制冷紅外探測器研究的公司主要是BAE公司，發展成熟的探測器為PST和PZT混合結構的熱釋電陶瓷探測器，PST與PZT單片式結構探測器正處在研制中。電阻型熱探測器的敏感元是熱敏電阻，使用的材料主要為氧化釩（VOx）和非晶硅（Si）。從1978年非制冷式熱成像技術首次研究成功，到目前非制冷熱成像儀裝備到部隊，已經有20多年的發展歷史。在測試性能方面，非制冷紅外熱像儀的精度明顯不如制冷型紅外熱像儀，而誤差方面也不如制冷型紅外熱像儀，特別是非制冷紅外焦平面陣列的非均勻性對測量誤差的影響較大。 在商業和民用方面，可以用于工業、醫學、交通、公安、消防、海關等，這是制冷型熱成像系統因為其高昂的價格目前無法打入的市場。 在軍事領域，與第一代成像系統相比較，非制冷紅外成像系統的結構大大簡化，提高了可靠性、分辨率和探測靈敏度，并降低了造價。到目前為止，非制冷紅外熱像儀的基本工作原理，理論基礎已經得到廣泛地驗證，在各個方面的應用也取得了比較好的效果，但是就材料、噪聲、系統、性能等方面仍存在需要進行大量