基于fpga的红外成像系统

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1、基于FPGA的红外成像系统重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：吴茂东指导教师：孟丽娅副教授学位类别：工程硕士（仪器仪表工程领域）重庆大学光电工程学院二O一六年四月InfraredImageSystemBasedonFPGAAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByWuMaodongSupervisedbyProf.MengLiyaSpecialt

2、y:ME(InstrumentScienceandTechnologyFiled)CollegeofOpto-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要任何温度高于绝对零度（-273℃）的物体都会自发地向外发出红外辐射能量。物体随着温度的不同向外辐射能量不同。基于这种成像特点，红外成像技术可以克服许多外界制约因素如雾霾、黑夜等，因此红外成像系统有很大的应用前景。红外探测器最早应用于

3、军事方面，但近年来由于红外焦平面制造技术的发展、制造价格及成本下降等因素的影响，红外技术逐渐从军事领域延伸到民用领域。尤其是在安全监控、森林防火、工厂环境、医疗监测等方面取得了较大的发展。由于应用场合的多样化，红外热像仪的便携性便显得至关重要。论文介绍了红外成像技术的原理、应用以及发展现状。根据红外图像传感器和红外图像的特点，在分析、比较多种系统组成方案的基础上，本论文选定了基于FPGA的便携式红外图像处理系统。论文采用293×392微测辐射热计作为红外探测器，以Altera公司CycloneII系列FP

4、GAEP2C35F484C8N芯片作为系统核心处理器。该系统包含了红外成像系统的驱动电路、FPGA信号处理电路以及显示电路。驱动电路的设计包括低噪声偏置电压源，保证红外探测器正常工作的时序驱动电路，以及模数转换电路。红外探测器将目标物体的信息转换为模拟信号输出，由驱动电路中的AD9240模数转换芯片将模拟信号进行ADC转换，转换成14bit的数字信号。该数字信号输入到FPGA后，由FPGA进行图像对比度增强、去背景噪声等图成像处理操作。同时设计SDRAM进行数据缓存，供FPGA调用进行后续操作。考虑到FP

5、GA输出数据与SDRAM接收速率不匹配，以及FPGA从SDRAM中读取数据时也会存在速率不匹配问题，所以数据传递通过FIFO完成。FPGA将处理后的14位数字信号由数模转换器ADV7123转换成模拟信号，并且通过Verilog语言编程模拟输出行有效、帧有效的时序，完成红外图像的最终显示。论文搭建了基于FPGA的红外成像系统硬件平台，利用AltiumeDesigner软件绘制驱动电路四层板电路的电路原理图和PCB板，并进行了调试。采用Verilog语言编写了应用于FPGA的各功能模块的IP核，包括：时序驱动

6、模块，数字图像处理模块，SDRAM控制模块，信号显示模块等。论文测试了红外成像系统功耗，对驱动板进行了PCB板级仿真，分析了系统硬件的抗干扰性能。论文最后对系统整体结构以及红外热像仪的工作状况进行了展示。关键词：微测辐射热计，FPGA，红外成像系统，图像处理I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTAnyobjectwithtemperatureabove-273°,spontaneouslyemitsoutwardlyinfraredradiationenergy,whichvariesaccord

7、ingtotheobject’stemperature.Basedonthat,infraredthermalimagetechnologywasdevelopedtosampletheinvisibleinfraredenergyinpassivewayandconvertitintothevisiblethermalimage.Becausetheinfraredthermalimagetechnologyisonlyrelatedtotheobject’stemperature,itwillnotb

8、elimitedbythebadweatherornight,whichisquitedifferentwiththeotherimagetechnology.Duetothecontinuousdevelopmentandthelowcostfeature,theinfraredthermalimagetechnologywasbroadenitsapplicationrangefromthemilitaryfieldtot