非制冷红外焦平面热成像测温系统
非制冷焦平面热像仪用双视场红外光学系统
ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｘｉｌｍｏｔ ｆａ ｌ ｎ ｒ ｕ ｌ ｎ ｈ ｐ ｉ ａ ｘｉ． ｅ ｓ ｍｅ ｌｎｓｉ ｌｏ ｕｓ ｄ ｆ ｒｆ ｃ ｉ ｇ ａ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ａ ａ ｉ ｏ ｅ ｓｇ ｏ ｐ ａ ｏ ｇ ｔ ｅ ｏ ｔｃ ｌａ ｓ Ｔｈ ａ ｅ ｓａ ｓ ｅ ｏ ｕｓｎ ｔ ｏｎ ｏ
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第２ ９卷 第 １ 期 １ ２０ ０ ７年 １ １月
红 外 技 术
Ｉ ｆａ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｎ ｒｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｒ
Ｖｌ ．９ ＮＯ １ ０ ２ １ ．１ ＮＯ ． ２ ０ Ｖ ０７
热像仪用双视场红外光学系统
陈吕吉
（ 昆明 物 理 研 究 所 ， 云 南 昆 明 ６ ０ ２ ） ５ ２ ３
摘 要 ：介绍 了一种用 于 非制冷凝 视焦 平 面探 测器 的长 波红外 双视 场光 学系 统设 计实例 ，该 系 统工作 波
段为 ８ ｍ～１ ｍ，变倍 比为 ３ ２ 倍，采用轴 向移动变焦方式。变倍透镜组可实现变倍、调焦及温度补偿 功能，简化 了系统机 电设计，具备体积小、重量轻、功耗低等优点，并用 Ｚ ＭＡ Ｅ Ｘ光学设计软件进行 了 像质评价。 关键 词 ：非制冷 焦平 面； 红外 光学 系 统；双 视场 中图分 类号 ：Ｔ １ Ｎ２ ６ 文 献标识 码 ：Ａ 文章编 号 ： １０ —８ １２ ０ ）１ ６ １０ ０ １８ ９ （０ ７ １－ ４ ・３ ０
领域 的应用 越来越 广 泛 。很 多领 域应 用需 要红 外光 学
双视场 红 外光学 系 统分 为两类 ： 类为切 换 式 ， Ｊ一 通 过 切换系 统 中 的透 镜组 来 改变 光 学系 统 的焦距 。这 类 光 学 系 统 的特 点 是 在 窄 视场 光 路 中没 有 运 动光 学 元 件 ，其光 学系 统光轴 稳 定性 好 ，系统切 换 时间短 、 透 过 率高 ；存在 的 问题是 有一 组透镜 处 于光路 以外 的 闲置 状态 ，透镜 使用 效 率不 高 ， 且， 切换 时需要 而 透镜 较 大 空间 ，因而光 学系 统横 向尺 寸较大 。第二类 为轴 向移动 式 ，通 过透 镜组 轴 向间 隔的变化 而 改变光 学系 统 的焦 距 ，其缺 点 为轴 向尺 寸较 大 ，但 通 过系统 优化 设 计对轴 向尺寸 进行控 制 ，可 以在较 短 的轴 向尺 寸下 获得 满 意 的成 像质 量 。本文将 对轴 向移 动双 视场光 学 系统 进行 讨论 ，并给 出设计 实例 。
非制冷周扫红外
非制冷周扫红外
非制冷周扫红外技术是一种利用被测物体辐射的红外能量进行热成像分析的技术。
相比传统的制冷红外技术，非制冷周扫红外具有更多的优势和应用前景。
首先，非制冷周扫红外技术不需要使用制冷设备来冷却红外传感器，因此减小
了设备体积和重量，降低了成本，并且使设备更加便携。
这使得非制冷周扫红外在许多领域中得到了广泛的应用，包括工业检测、医学诊断、建筑热学、环境监测等。
其次，非制冷周扫红外技术具有更快的响应时间和更高的灵敏度。
由于非制冷
红外传感器的响应速度较快，几乎可以实时获得红外图像。
这使得非制冷周扫红外可以应用在需要快速检测和监测的场景中，例如工业生产线上的故障诊断、医学手术中的组织病理学检测等。
此外，非制冷周扫红外技术还具有更广泛的温度范围和更高的温度分辨率。
制
冷红外技术受限于其制冷能力和制冷系统的稳定性，常常不能在极高或极低的温度条件下工作。
而非制冷周扫红外可以在更广泛的温度范围内进行热成像分析，并且具有更高的温度分辨率，能够提供更精准的温度信息。
综上所述，非制冷周扫红外技术具有更加便携、响应速度更快、灵敏度更高、
温度范围更广、温度分辨率更高等优势。
随着技术的不断发展和创新，非制冷周扫红外技术将在更多领域中得到应用，并且为我们提供更全面、精准的热成像分析。
《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统（Uncooled Infrared Thermal Imaging System）以其无需制冷、高灵敏度、低功耗等优点，在夜视、安全监控、火灾探测等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，红外热成像技术已成为现代科技领域的研究热点之一。
本文旨在探讨非制冷红外热成像系统的基本原理、技术发展及研究现状，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、非制冷红外热成像系统基本原理非制冷红外热成像系统利用红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号，再通过图像处理技术将电信号转换为可见的图像。
其基本原理包括红外辐射的传播、探测器的响应以及图像处理三个部分。
首先，红外辐射是一种不可见的光辐射，具有较高的能量。
当物体发出或反射红外辐射时，红外探测器通过感知物体发出的红外辐射变化，将其转换为电信号。
其次，非制冷红外探测器是一种无需冷却的探测器，通过热敏材料将接收到的红外辐射转换为电阻变化或电压变化等电信号。
这些电信号反映了物体表面的温度分布，从而形成红外图像。
最后，图像处理技术将探测器输出的电信号进行数字化处理，并通过算法对图像进行增强、滤波等操作，以获得更清晰的图像。
三、非制冷红外热成像系统技术发展及研究现状随着材料科学、微电子技术及计算机技术的不断发展，非制冷红外热成像系统的性能得到了显著提升。
在技术发展方面，主要表现在以下几个方面：1. 探测器材料：新型热敏材料的研发和应用，如微测辐射热计等，提高了探测器的灵敏度和响应速度。
2. 图像处理技术：数字信号处理技术的发展，使得图像处理更为迅速和准确，提高了图像的质量。
3. 系统集成：将红外探测器、光学系统、电路及软件进行高度集成，使非制冷红外热成像系统更加紧凑、可靠。
在研究现状方面，各国研究人员不断探索新的技术手段和方法来提高非制冷红外热成像系统的性能。
例如，通过优化探测器结构、改进图像处理算法等手段，提高系统的分辨率、灵敏度和动态范围。
非制冷红外焦平面热成像系统硬件电路设计与实现
3、系统集成：非制冷红外焦平面热成像系统的各个组件需要高度集成以保 证系统的性能和稳定性。这需要采用先进的微电子制造技术和先进的封装技术来 实现。同时，需要开发高效的接口协议来实现组件之间的数据传输和控制。
4、能耗与散热：在非制冷红外焦平面热成像系统的设计和实现过程中，需 要考虑能耗和散热问题。高能耗可能会导致系统过热，影响性能和稳定性；而散 热不良可能会导致系统温度过高，引发故障。为了解决这些问题，可以采用低功 耗的组件和设计来降低能耗；同时，需要采用有效的散热设计和布局来确保系统 在正常工作温度范围内运行。
3、算法：为了提高非制冷红外热成像技术的图像质量和稳定性，需要采用 先进的信号处理和图像处理算法，如自适应阈值设定、中值滤波、多尺度变换等。
应用场景展望
随着技术的不断发展，非制冷红外热成像技术的应用领域也将越来越广泛。 以下是几个潜在的应用领域：
1、智能家居：非制冷红外热成像技术可用于智能家居中的安全监控、人体 检测、温度控制等领域，提高居住的舒适度和安全性。
引言
非制冷红外热成像技术是一种利用红外传感器捕捉热辐射并转换为可见图像 的技术。自20世纪初以来，随着科技的不断进步，非制冷红外热成像技术已经成 为军事、安全、医疗、科研等领域的重要工具。本次演示将详细介绍非制冷红外 热成像技术的发展历程、现状分析、关键技术探究及其应用场景展望。
发展历程
自20世纪50年代起，非制冷红外热成像技术开始进入实用阶段。早期的非制 冷红外热成像系统采用多元线阵列传感器，但由于其制造成本高、噪声大、灵敏 度低，限制了其应用范围。随着技术的发展，20世纪90年代中期，非制冷红外热 成像技术取得了突破性进展。新一代的传感器采用非晶硅等先进材料，提高了灵 敏度和稳定性，降低了成本，使得非制冷红外热成像技术得以广泛应用。
非制冷面阵红外测温
非制冷面阵红外测温
随着科技的发展，非制冷面阵红外测温技术在各个领域得到了广泛应用。
这种技术具有诸多优势，不仅为人们提供了便捷的测温方式，还为各行各业带来了前所未有的机遇。
一、非制冷面阵红外测温技术简介
非制冷面阵红外测温技术是一种基于红外探测器的光电转换技术。
与传统的热电偶、热敏电阻等接触式测温方法相比，非制冷面阵红外测温技术具有无接触、快速、准确等特点，能在-50℃至+300℃的范围内实现高精度测温。
二、技术原理与优势
非制冷面阵红外测温技术的工作原理是：红外探测器接收物体发出的红外辐射，将其转换为电信号，再通过信号处理电路将电信号转换为温度值。
与其他测温方法相比，非制冷面阵红外测温技术具有以下优势：
1.非接触测量：无需与被测物体接触，避免了对物体的磨损和损坏，同时减少了人为误差。
2.响应速度快：面阵探测器具有较高的响应速度，可在短时间内实现对物体的测温。
3.抗干扰能力强：红外测温技术不受电磁场、磁场等因素的影响，能在恶劣环境中正常工作。
4.宽温度范围：非制冷面阵红外测温技术可在较大温度范围内实现高精度测温。
5.易于集成：面阵红外探测器结构紧凑，易于与其他传感器和设备集成，
便于实现自动化测温。
三、应用领域与前景
非制冷面阵红外测温技术在众多领域得到了广泛应用，如工业生产、医疗保健、环境监测、交通运输等。
随着技术的不断进步，非制冷面阵红外测温设备的性能和可靠性得到了进一步提高，未来将在更多领域得到应用，为人类社会带来更多便捷和福祉。
总之，非制冷面阵红外测温技术凭借其独特的优势，已成为现代测温领域的一大热门。
第三章 非制冷红外焦平面阵列原理
非制冷红外焦平面阵列原理
(2)
隔板结构
图3.3 Honeywell的单片微辐射计像素结构。ＩＲ，红外
第3章
非制冷红外焦平面阵列原理
4. 热流量公式(温度变化方程）
热容：C，支撑的热传导：G，热辐射调制红外光功率幅 度为P0，入射吸收率：，调制光的角频率(设为正弦辐 射） ：ω ，温度增加：△T, 则热流量公式:
/ 0 ( A )
1/ 2
(P / T )
1
2
图3.10 温度波动噪声限和背景波动噪声限下的NETD。
第3章
非制冷红外焦平面阵列原理
2
与频率有关的温度波动平方均值：
T f
2
4 GkT
2
2
B
2 2
G (1 )
像素和环境之间热功率交换的平均平方起伏 ：
P f 4 kT GB
2 2
第3章
非制冷红外焦平面阵列原理
3.3.1 . 温度波动噪声限制 比探测率D*
比探测率D*定义 ：
D
*
( AB ) PN
1/ 2
PN为噪声等效功率：
G j C
幅值：
T
P0
G (1 )
2 2 1/ 2
与吸收率成正比，随增加，温升下降
第3章
非制冷红外焦平面阵列原理
4. 热流量公式
讨论： 当 1时：
当 1时：
T
P0
G
T
P0 C
P0
G (1 exp( t / ))
C/G：像素热容/热导； rCe ：像素的电阻以及电容总共的电损失
第3章
非制冷红外焦平面阵列原理
《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文
《非制冷红外热成像系统研究》篇一摘要：随着科技的进步和需求的增加，非制冷红外热成像系统已成为科研与民用领域关注的热点。
本文将对非制冷红外热成像系统的原理、结构、关键技术、应用及未来研究方向进行全面深入的探讨。
一、引言非制冷红外热成像系统利用热敏感元件探测目标的红外辐射，并转化为图像信号，从而实现对目标的观察与测量。
由于其无需制冷设备，系统结构简单，工作可靠，已在夜视观察、环境监测、遥感等多个领域得到了广泛的应用。
二、非制冷红外热成像系统的工作原理及结构非制冷红外热成像系统主要由热敏感元件、扫描装置、图像处理与显示系统等组成。
其中，热敏感元件是整个系统的核心部分，能够将探测到的红外辐射信号转换为电信号；扫描装置用于扫描场景，确保视野中的每个部分都能被捕捉；图像处理与显示系统则负责将电信号转化为图像并显示出来。
三、关键技术研究（一）热敏感元件研究热敏感元件是整个非制冷红外热成像系统的关键。
当前的研究重点是如何提高其响应速度和探测率。
新型的二维热电堆式红外探测器由于响应速度快和制造工艺简单等优点受到了广泛的关注。
（二）图像处理算法研究为了提高图像的质量，研究学者们正在努力提升图像处理算法的效能。
比如使用高效的噪声抑制技术以及采用先进的目标增强技术等。
此外，算法的研究也在追求实时性以及多目标的处理能力。
四、应用领域分析（一）夜视观察非制冷红外热成像系统在夜视观察中发挥着重要作用，特别是在恶劣天气和低光照条件下，能够提供清晰的目标图像。
（二）环境监测环境监测是当前的研究热点之一。
利用非制冷红外热成像系统，可以对污染源、城市热岛等环境问题进行监测，提供准确的测量数据。
（三）遥感技术非制冷红外探测器也常用于遥感领域，特别是在地热勘测、气象观测等方面有广泛应用。
五、未来研究方向展望（一）进一步提高性能指标随着技术的发展，非制冷红外热成像系统的性能还有待进一步提升，包括探测率、响应速度等方面。
同时，系统的抗干扰能力也是未来的研究重点。
非制冷红外热成像系统研究
非制冷红外热成像系统研究非制冷红外热成像系统研究一、引言近年来，红外热成像技术在军事、安防、医学、工业等领域得到了广泛的应用。
传统的红外热成像系统主要基于制冷红外探测器，这些探测器需要高昂的成本、复杂的维护和制冷设备。
然而，随着红外技术的不断发展，非制冷红外热成像系统逐渐成为了研究的热点。
二、非制冷红外热成像系统原理非制冷红外热成像系统基于热辐射现象，通过探测目标物体发出的红外辐射，将其转化为图像信号，实现对目标物体表面温度的测量与显示。
与制冷红外探测器不同，非制冷红外热成像系统采用了无需制冷的探测器，大大降低了设备的成本和维护的复杂性。
三、非制冷红外热成像系统的关键技术1. 探测器技术非制冷红外热成像系统的关键技术之一是探测器技术。
当前非制冷红外探测器主要包括未冷却红外探测器和热电偶阵列探测器。
未冷却红外探测器是利用红外辐射热量改变电阻、电容或电压等特性的材料进行测量，具有工作温度较高、成本较低等特点；热电偶阵列探测器则是利用热电效应，在一定温度范围内实现红外辐射的探测。
2. 图像处理技术非制冷红外热成像系统中图像处理技术的重要性不言而喻。
图像处理技术包括图像增强、辐射校正、噪声处理等。
图像增强技术主要用于增强图像的对比度、细节和边缘；辐射校正技术主要用于获得准确的目标表面温度；噪声处理技术主要用于抑制图像中的噪声。
3. 热画面分析技术非制冷红外热成像系统的最终目标是对目标物体的热画面进行分析。
热画面分析技术主要包括目标检测、目标识别以及温度测量等。
目标检测技术主要用于在图像中自动检测目标物体；目标识别技术主要用于识别目标物体的类别；温度测量技术主要用于测量目标物体的表面温度。
四、非制冷红外热成像系统的应用领域1. 军事应用非制冷红外热成像系统在军事领域有着广泛的应用。
它可以用于军事目标的侦查与追踪、目标的识别与瞄准、夜视装备等方面，提高了战场的情报获取和打击能力。
2. 安防应用非制冷红外热成像系统在安防领域也有着重要的应用。
制冷型和非制冷型的红外成像仪原理
制冷型和非制冷型的红外成像仪原理Infrared imaging cameras, also known as thermal imaging cameras, are an important tool in various industries. They are used to detect and visualize the temperature of objects and materials by capturing the infrared radiation emitted by them. The two main types of infrared imaging cameras are refrigerated (cryogenic) and uncooled.红外成像仪，也称为热成像仪，在各行各业中都是重要的工具。
它们通过捕获物体和材料发射的红外辐射来检测和可视化它们的温度。
红外成像仪主要有两种类型，即制冷型（冷却型）和非制冷型。
Refrigerated infrared cameras, also known as cryogenic cameras, use a cooling system to maintain the detector at a very low temperature, typically around -320°F (-196°C). This cooling process allows the detector to be more sensitive to the infrared radiation and produce higher resolution images. The cryogenic cooling system usually involves using a mechanical refrigeration system or a Stirling cooler to achieve the low temperatures required for optimal performance.制冷型红外相机，也称为冷却型相机，采用冷却系统将探测器保持在非常低的温度，通常约为-320°F（-196°C）。
《2024年非制冷红外热成像系统研究》范文
《非制冷红外热成像系统研究》篇一一、引言非制冷红外热成像系统，作为现代红外技术的重要组成部分，已在多个领域展现出其巨大的应用潜力。
它以独特的技术特点和性能，广泛应用于军事侦察、夜视监控、工业检测和医学诊断等领域。
本文将对非制冷红外热成像系统的原理、构成及发展进行详细阐述，并通过实例分析其在实际应用中的效果。
二、非制冷红外热成像系统原理及构成非制冷红外热成像系统基于红外辐射的物理效应，通过红外探测器将接收到的红外辐射转换为电信号，再经过一系列的信号处理和图像处理，最终形成红外图像。
该系统主要由红外探测器、光学系统、信号处理电路和图像处理电路等部分组成。
1. 红外探测器：是整个系统的核心部分，负责接收红外辐射并将其转换为电信号。
非制冷红外探测器利用微测辐射热效应或光子探测效应进行工作，无需制冷即可实现高效的红外探测。
2. 光学系统：负责将目标物体的红外辐射聚焦到探测器上，保证探测器的正常工作。
3. 信号处理电路：对探测器输出的电信号进行放大、滤波和数字化等处理，以提高信噪比和图像质量。
4. 图像处理电路：对数字化后的图像信号进行进一步的处理，如增强对比度、去除噪声等，以获得清晰的图像。
三、非制冷红外热成像系统的发展随着科技的不断发展，非制冷红外热成像系统在技术性能和应用领域方面取得了显著的进步。
首先，在技术性能方面，探测器的灵敏度、分辨率和响应速度等指标不断提高，使得系统能够更好地捕捉目标物体的红外辐射信息。
其次，在应用领域方面，非制冷红外热成像系统已广泛应用于军事侦察、夜视监控、工业检测和医学诊断等多个领域。
此外，随着人工智能技术的发展，非制冷红外热成像系统与人工智能的结合也成为了新的研究方向，为系统的智能化和自动化提供了可能。
四、实例分析以军事侦察为例，非制冷红外热成像系统在夜间和复杂环境下的侦察能力显著提高。
系统能够快速捕捉目标物体的红外辐射信息，并通过图像处理技术生成清晰的图像，为军事行动提供有力的支持。
非制冷型红外探测器原理
非制冷型红外探测器原理非制冷型红外探测器是一种用于探测红外辐射的设备，它利用红外辐射与物体的热量之间的关系来测量物体的温度。
与传统的制冷型红外探测器相比，非制冷型红外探测器具有更大的优势，如更低的成本、更小的尺寸、更长的使用寿命等。
非制冷型红外探测器的工作原理基于一个重要的物理现象，即红外辐射是物体在室温下释放的热量。
任何物体都会发出一定波长的红外辐射，而这些辐射的强度与物体的温度密切相关。
非制冷型红外探测器利用这个特性来测量物体的温度。
非制冷型红外探测器通常由红外探测器、光学系统和信号处理电路组成。
红外探测器是器件的核心部件，它负责将红外辐射转换为电信号。
常见的红外探测器有热电偶和热释电型。
热电偶是最早被使用的红外探测器之一，它基于热电效应。
当红外辐射照射到热电偶上时，偶极子材料会因温差产生电压信号。
这个信号随着红外辐射的强度变化而变化，从而实现红外辐射的探测。
热电偶的优点是简单、灵敏度高，但其响应时间较长。
热释电型红外探测器则是利用热释电效应来工作的。
它通常由一块热敏材料和一对电极组成。
当红外辐射照射到热敏材料上时，材料的温度会上升，导致电极之间的电荷变化。
这个电荷变化被转换为电压信号并进行放大处理，从而实现红外辐射的探测。
热释电型红外探测器的优点是快速响应和高灵敏度，但其相对复杂，制造工艺要求较高。
除了红外探测器，光学系统也是非制冷型红外探测器不可或缺的部分。
它负责将红外辐射聚焦到探测器上。
光学系统通常由透镜和反射镜组成，它们能够对红外辐射进行聚焦和反射，使探测器能够接收到更多的红外辐射，从而提高探测器的灵敏度和性能。
信号处理电路是非制冷型红外探测器另一个重要的组成部分。
它负责接收、放大和处理探测器输出的电信号，并将其转换为可用的红外温度信息。
信号处理电路通常包括滤波器、放大器和模数转换器等，可根据需求进行设计和组合。
非制冷型红外探测器在许多领域中得到广泛应用。
例如，在工业领域，它可以用于检测设备运行状况、监测热量分布等。
非制冷焦平面热像仪温度控制设计
该方案的优点： （１）与单片机方案相比，使用较少的元器件；而 且ＡＤＮ８８３０本身集成度很高，且体积很小，采用５ ｍｍ×５ ｍｍ ＬＦＣＳＰ封装，因此使ＰＣＢ板面积大大减 小。系统功耗降低，效率和可靠性提高。 （２）ＡＤＮ８８３０采用外部补偿网络，只有几个电 阻和电容．调整简单方便。经验证。该方案成功达到了 预定目标。
ＴＥＣ的电流．该电流使ＴＥＣ制冷或制热即可精确控制 ＵＦＰＡ的温度。ＴＥＣ可以带走的热量与通过ＴＥＣ的电 流成正比．但并非简单的线性关系。另外，ＴＥＣ是一个 利用珀耳贴（Ｐｅｌｔｉｅｒ）效应来制冷或制热的半导体Ｐ＿Ｎ 结器件，电流必须低于某个最大值，否则ＴＥＣ将不能 正常工作。因此，控制目标物体的温度，实质就是在保 证ＴＥＣ电流低于最大值的前提下，控制流过ＴＥＣ两 端的电流方向和幅度【６１。
集成度相对较低，而且要求软硬件相结合，调试相对
困难。因此，选用单芯片ＴＥＣ控制器方案。 单芯片ＴＥＣ控制器的基本功能如图１所示。第
一部分是温度传感器，用来测量放在ＴＥＣ冷端的目
标物体温度，产生代表实际目标物体温度的电压。期
望的目标物体温度用一个设定点电压来表示。这两个
电压通过一个ＯＰ运放进行比较，产生一个误差电
单芯片ＴＥＣ控制器按照输出的工作模式不同可 以分为线性模式和开关模式。线性模式的ＴＥＣ控制 器，虽然具有容易设计和制造的优点，但功率效率比 较低，通常只有２０％一４０％。开关模式的ＴＥＣ控制器 效率比较高，但需要更多元器件［６】。针对这种情况，模拟 器件公司（ＡＤＩ）于２００２年推出全新的单芯片ＴＥＣ控 制器ＡＤＮ８８３０。它包含了图１所示的所有功能，却克 服了上述两种模式ＴＥＣ控制器的缺点，并且易于设 计制造，集成度高，因此效率也高。
（２）采用外部的ＭＯＳＦＥＴ，使设计人员可以根据 驱动电流的大小需要来选用合适的ＭＯＳＦＥＴ，尽可能 实现效率最大化。
非致冷焦平面阵列(UFPA)红外探测器 说明书
非致冷焦平面阵列 (UFPA)红外探测器
非致冷焦平面阵列 (UFPA)红外探测器是一种热探测器,是热像仪的核心器件. 广微积电的UFPA采用的是MEMS加工工艺,从而突破了历来热像仪成本高昂的障碍，"使传感器领域发生变革". 另外，相对于采用低温制冷系统的制冷焦平面阵列, 它的成本大为降低,可靠性大大提高; 同时维护简单、工作寿命延长，因为低温制冷系统和复杂扫描装置常常是红外系统的故障源。
非致冷探测器的灵敏度(D）相对于制冷型略差,但是以大的焦平面阵列来弥补，便可和第一代MCT探测器争雄, 对许多应用，特别是监视与夜视而言已经足够。
广阔的准军事和民用市场更是它施展拳脚的领域。
主要性能介绍
à阵列大小: 160x120
àNETD: < 100mK/F1.0 (简单说来就是配上F1.0的镜头, 可以分辨物体0.1K的温度变化)
à帧频: 50Hz
à输出方式: 14bit数字输出/Video信号输出
à功耗: 200mW
应用
传统热像仪由于成本高昂, 主要应用于安防领域. 由于成本的降低, 这种传感器可以用于很多新的领域. 设计侧重于新领域的应用开发以及系统功能(如自动对焦, 视频处理以及存储)的增强上.。
非制冷红外热像仪 (1)
盲元补偿
很多算法均采用中断方式实现盲元补偿。 盲元的位置已事先做成查找表存储于热成 像系统内部。当红外图像被校正后，首先 被保存下来。在两帧图像的间隙，由中断 触发盲元补偿程序，逐一查表替代盲元。 中断程序结束以后，红外图像才能输出。
这种盲元补偿方式不仅增加了存储空 间的要求，也导致图像输出存在1-2帧的延 迟。
非制冷红外热像仪的 测温原理、系统分析 和性能参数简述
什么是非制冷红外热成像仪？
非制冷红外热像仪是目前主流的夜视观察 仪器之一， 是一种可探测目标的红外辐射，并通过光 电转换、电信号处理等手段将目标物理的 温度分布图像转换为视频图像的设备。
非制冷红外热像仪
这里主要就基于焦平面阵列技术的第二 代热像仪做简述，焦平面阵列技术集成数 万个甚至数十万个信号放大器，将芯片置 于光学系统的焦平面上，取得目标的全景 图像，无需光机扫描系统，大大提高了灵 敏度和热分辨率，可以进一步提高目标的 探测距离和识别能力。
❖在整个过程中，热像仪阵列的每个传感器 接受对应于目标上的一个像元，每个像元 对应的输入辐射在焦平面上成像，随后通 过置于焦平面的光电或是热电系统将每个 像元含有的辐射能转换为电信号，再经过 后置电路的放大及去噪显示在显示器上。
红外热像仪的理论基础
❖红外热成像的理论基础是斯忒藩——玻尔 兹曼定律。该定律指出黑体表面单位面积 所发射的各种波长的总辐射功率与其热力 学温度的四次方成正比。即
红外热像仪的理论基础
❖ 但是实际上还要考虑大气透过率的问题，于是就 有如下的热辐射示意图
红外热像仪的理论基础
❖ 所以，在考虑到测量物体温度，从被测物体表面 的辐射照度入手
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非制冷红外焦平面热成像测温系统
红外技术四个主要部分：
1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。
2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。
3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。
4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。
由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。
而在红外热成像技术研究领域中，红外探测器是核心，探测器的技术水平决定了热成像技术的技术水平。
基于光电效应的光子探测器和基于热电效应的热电探测器一直是红外热成像技术的两大支柱。
为获得高性能必须在低温(典型的是液氮温度77K)下工作。
正是由于需要制冷以及成本等原因，使光电探测器类热成像技术在民用领域仍难形成很大的市场。
而热电探测器类热成像技术由于灵敏度和响应速度方面的限制，只有采用热电摄像管的热成像系统(即热电视)获得一些应用，而且一般用于要求较低的民用领域。
但90年代以后，非致冷红外焦平面技术的突破和实用化，使其与致冷红外热像技术相比所具有的低成本，低功耗，长寿命，小型化和可靠性等优势得到很好发挥，成为当前红外热成像技术中最引人注目的突破之一，在军用和民用领域的应用前景将“使传感器领域发生变革”。
非致冷红外焦平面技术属于热电探测器类热成像技术。
其焦平面阵列由热探测器，如测辐射热计、热释电探测器、热电堆等，与硅多路传输器，如CCD、MOSf:EF、C协05读出电路等，通常用锢柱互连而成。
测辐射热计的工作原理是被热绝缘的金属薄膜(典型的是入膜)或半异体薄膜(典型的是氧化钒VOZ或非晶硅a一Si薄膜或多晶硅)在吸收红外辐射时会引起其电阻值的变化实现光电变换。
此类探测器可全部采用Si集成电路工艺制作，与51信号处理电路之间可形成单片式结构，不需要低温制冷装置，不需要特殊材料，不需要斩波，制作工艺也成熟。
以它为核心制成的红外热成像系统成像清晰度高、重量轻、功耗低、易便携，适于野外工作场所。
热释电探测器的工作原理是由具有良好热释电特性的铁电材料，如错酸铅(PZT)陶瓷、PbTIO，陶瓷、PbTIO:，薄膜和LITao，晶体制成的热探测器与51多路传输器互连而成。
其中，LITaO，特性格外好，它不仅有大的热释电系数(p二2.3x1osC/cm)，还有小的介电常数(￡，=54)和高的居里温度(兀二618’’C)。
以它为核心制成的红外热像系统灵敏度较高，且适合于红外成像。
本系统结合红外测温技术和非致冷焦平面热成像技术原理，开发并完成了一套非致冷红外焦平面热成像测温系统。
系统建立了非致冷红外焦平面热成像系统测温计算的数学模型;对计算中可能产生的各种误差进行了分析和计算;对系统成像的非均匀性进行了分析和校正;提出了精确测量发射率的新算法;结合热成像的原理对红外热图像的特征进行了分析，对红外热像进行了新型直方图均衡和伪彩色增强等处理。
在降低了成本的同时，保证了精度。
基于辐射源的方法较为常用，其中包括两点校正法，多点校正法，非线性拟合校正法，和低次插值校正法等，基于他们各自的特点，此论文中选用了精度相对比较高的一种：非线性拟合校正法。
这种校正方法考虑了光敏单元的非线性响应，使得其校正效果比传统的两点校正算法具有更大的动态范围和更高的精度，同时，每个光敏单元的校正只需要3次乘法和2次
加法，运算量很小，很容易实时实现。
具体的公式推导可以参考论文。
噪声去除及算法改进：采用较为常用的中值滤波法。
中值滤波的特点：能有效抑制图像噪声，提高图像信噪比。
它是一种邻域运算，是把邻域中的像素按灰度等级进行排序，然后选择该组的中间值作为输出像素值。
它能减弱或消除傅里叶空间的高频分量，但不影响低频分量。
因为高频分量对应图像中的区域边缘和灰度值具有较大较快变化的部分，因此该滤波可将这些分量滤除，使图像平滑。
这里可以概括为此算法可以实现图像的平滑处理。
原理：首先确定一个以某个像素为中心点的邻域，一般为方形邻域;然后将邻域中的各个像素的灰度值进行排序，取其中间值作为中心点像素灰度的新值，这里的邻域通常被称为窗口;当窗口在图像中上下左右进行移动后，利用中值滤波算法可以很好地对图像进行平滑处理。
改进：图像中的边缘和噪声都使频率比较高的部分，通过改进可以减少边缘的错误改进。
由于噪声都由一个特点，就是几乎都是领域像素的极值而边缘不是，因此可以利用这个特性来改进中值滤波。
具体改进的原理：当处理该像素的时候，看该像素是否是滤波窗口所覆盖下邻域像素的极大或者极小值，如果是，则用正常的中值滤波处理该像素。
如果不是，则不处理。
灰度变换：可分为普通线性变换、分段线性变换和非线性变换。
采用普通线性变换，用一个线性单值函数，对图像的每一个像素灰度作线性扩展，将有效地增强图像的对比度，改善图像视觉效果。
普通的先行变换的原理是将图像中的低灰度值和高灰度值像素的灰度级通过先行变换进行了适当的归并，这种两端截取式的拉伸方法虽然在一定区域内丢失了一小部分的信息，但是却换取了图像中绝大部分像素的灰度层次感。
如果我们只对图像中某些灰度级的图像感兴趣，就可以按照灰度级的变化特点，将他们分段进行先行变换，从而增强图像中感兴趣的部分，抑制不感兴趣的灰度区间。
直方图均衡化属于非线性变换，它是一种比较好得图像增强算法，在实际中也比较常用。
原理：直方图均衡的作用是改变图像中灰度概率分布，使其均匀化。
其实质是使图像中灰度概率密度较大的像素向附近灰度级扩展，因而灰度层次拉开，而概率密度较小的像素的灰度级收缩，从而让出原来占有的部分灰度级，这样的处理使图像充分有效地利用各个灰度级，因而增强了图像对比度。
伪彩色变换：对于灰度图像，我们常用灰度级—彩色变换的方法进行为彩色变换。
原理：将图像的灰度值通过红、绿和蓝变换函数从而生成RGB色彩空间的三个分量，或通过色彩三属性明度、色相、纯度变换函数生成色彩空间的三个分量。
这样的话，只要保证变换函数是连续的，则生成的调色板彩色编码就是连续的。
因而，其关键在于变换函数的构造。
具体的变换函数可以参考论文中。
FPGA的实现：这里没有采用dsp来进行硬件的实现，这里可以简要的说明，dsp处理数据的速度虽然最大，但相对于处理复杂的数据，不同类型的数据时要比FPGA慢，所以这里选用FPGA来实现。
系统的整体框图：
FPGA可以实现红外图像的灰度变换、中值滤波，以及伪彩色变换等。
VGA控制器主要是实现数字信号到模拟信号的转化，转化后的图像数据可以通过配置的LCD的VGA接口进行图像显示。
电源部分：LDO电源和开关电源两者都可以选用。
LDO电源成本低，输出电压噪声超低，缺点是低效率，且只能用于降压的场合。
开关电源在电流负载较大时，这些损耗都相对较小，所以电感式开关电源可以达到95%的效率。
但是在负载较小时，这些损耗就会相对变得大起来，影响效率。
本设计中选用了后者，具体电路设计可参考论文。
SRAM接口电路的设计：这里要知道为什么没有选用常用的SDRAM，因为SDRAM虽然容量大、价格便宜，但是时序比较复杂，能完成一般读写功能，如果涉及到复杂的算法，读写时序很难短时间实现，且不保证效果，而SRAM的时序简单，容易控制，整个存储系统比较稳定。
本设计选用IS6lLv25616AL,具体与FPGA连接可参照论文。
FLASH接口电路设计：本设计选用S29ALO32DFLASH芯片，芯片特点：容量4M*8sbit，有22为地址线，8位数据线，有独立的复位信号。
图像显示电路：首先需要把数字信号转换为模拟信号，这里选用ADV7123
FPGA配置电路设计：由于选用的SRAM有易失性，所以每次上电要重新加载数据，这里选用AS,PS,JTAG方式进行数据配置。
配置电路可以参考论文。
外围接口电路设计：除了上面系统的基本外围电路外，引出的接口包括RS232接口，SPI接口，摄像头低压差分信号接口，以及和其他处理器的接口等。
其中，RS232串行接口的设计是为了方便与其他控制器的通信以及系统的调试，该串口采用的MAX3232芯片进行设计
此文转自：深圳市杰创立仪器有限公司：。