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1、基于FPGA的紅外成像系統(tǒng)重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：吳茂東指導(dǎo)教師：孟麗婭副教授學(xué)位類別：工程碩士（儀器儀表工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二O一六年四月InfraredImageSystemBasedonFPGAAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByWuMaodongSupervisedbyProf.MengLiyaSpecialt
2、y:ME(InstrumentScienceandTechnologyFiled)CollegeofOpto-electronicEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要摘要任何溫度高于絕對(duì)零度（-273℃）的物體都會(huì)自發(fā)地向外發(fā)出紅外輻射能量。物體隨著溫度的不同向外輻射能量不同?；谶@種成像特點(diǎn)，紅外成像技術(shù)可以克服許多外界制約因素如霧霾、黑夜等，因此紅外成像系統(tǒng)有很大的應(yīng)用前景。紅外探測(cè)器最早應(yīng)用于
3、軍事方面，但近年來由于紅外焦平面制造技術(shù)的發(fā)展、制造價(jià)格及成本下降等因素的影響，紅外技術(shù)逐漸從軍事領(lǐng)域延伸到民用領(lǐng)域。尤其是在安全監(jiān)控、森林防火、工廠環(huán)境、醫(yī)療監(jiān)測(cè)等方面取得了較大的發(fā)展。由于應(yīng)用場(chǎng)合的多樣化，紅外熱像儀的便攜性便顯得至關(guān)重要。論文介紹了紅外成像技術(shù)的原理、應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀。根據(jù)紅外圖像傳感器和紅外圖像的特點(diǎn)，在分析、比較多種系統(tǒng)組成方案的基礎(chǔ)上，本論文選定了基于FPGA的便攜式紅外圖像處理系統(tǒng)。論文采用293×392微測(cè)輻射熱計(jì)作為紅外探測(cè)器，以Altera公司CycloneII系列FP
4、GAEP2C35F484C8N芯片作為系統(tǒng)核心處理器。該系統(tǒng)包含了紅外成像系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路、FPGA信號(hào)處理電路以及顯示電路。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)包括低噪聲偏置電壓源，保證紅外探測(cè)器正常工作的時(shí)序驅(qū)動(dòng)電路，以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。紅外探測(cè)器將目標(biāo)物體的信息轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出，由驅(qū)動(dòng)電路中的AD9240模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成14bit的數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)輸入到FPGA后，由FPGA進(jìn)行圖像對(duì)比度增強(qiáng)、去背景噪聲等圖成像處理操作。同時(shí)設(shè)計(jì)SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存，供FPGA調(diào)用進(jìn)行后續(xù)操作?？紤]到FP
5、GA輸出數(shù)據(jù)與SDRAM接收速率不匹配，以及FPGA從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)存在速率不匹配問題，所以數(shù)據(jù)傳遞通過FIFO完成。FPGA將處理后的14位數(shù)字信號(hào)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADV7123轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并且通過Verilog語言編程模擬輸出行有效、幀有效的時(shí)序，完成紅外圖像的最終顯示。論文搭建了基于FPGA的紅外成像系統(tǒng)硬件平臺(tái)，利用AltiumeDesigner軟件繪制驅(qū)動(dòng)電路四層板電路的電路原理圖和PCB板，并進(jìn)行了調(diào)試。采用Verilog語言編寫了應(yīng)用于FPGA的各功能模塊的IP核，包括：時(shí)序驅(qū)動(dòng)
6、模塊，數(shù)字圖像處理模塊，SDRAM控制模塊，信號(hào)顯示模塊等。論文測(cè)試了紅外成像系統(tǒng)功耗，對(duì)驅(qū)動(dòng)板進(jìn)行了PCB板級(jí)仿真，分析了系統(tǒng)硬件的抗干擾性能。論文最后對(duì)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)以及紅外熱像儀的工作狀況進(jìn)行了展示。關(guān)鍵詞：微測(cè)輻射熱計(jì)，F(xiàn)PGA，紅外成像系統(tǒng)，圖像處理I重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文英文摘要ABSTRACTAnyobjectwithtemperatureabove-273°,spontaneouslyemitsoutwardlyinfraredradiationenergy,whichvariesaccord
7、ingtotheobject’stemperature.Basedonthat,infraredthermalimagetechnologywasdevelopedtosampletheinvisibleinfraredenergyinpassivewayandconvertitintothevisiblethermalimage.Becausetheinfraredthermalimagetechnologyisonlyrelatedtotheobject’stemperature,itwillnotb
8、elimitedbythebadweatherornight,whichisquitedifferentwiththeotherimagetechnology.Duetothecontinuousdevelopmentandthelowcostfeature,theinfraredthermalimagetechnologywasbroadenitsapplicationrangefromthemilitaryfieldtot
