一种高分辨率制冷型红外热像仪制造技术

本发明专利技术涉及一种高分辨率制冷型红外热像仪，红外光学系统的输入端接收红外辐射信号，输出连接红外焦平面探测器，红外焦平面探测器的输出端连接探测器驱动模块的模拟信号读出单元，其输出端连接ADC转换模块，ADC转换模块的输出端连接信号处理及成像模块，信号处理及成像模块输出视频信号，同时输出端连接探测器驱动模块的数字驱动信号单元；电源模块的输出端连接各模块的电源端口。本发明专利技术具有稳定性好、结构紧凑、功耗小、成本低等优势，能实时完成对图像数据的各种运算、切换、并输出到显示系统。配合显示系统和按键实现人机交互：对探测器阈值的控制和实现拍照、录像、播放、存储、传输等功能。

High resolution refrigeration type infrared thermal imager

The invention relates to a high resolution infrared cooling instrument, infrared optical system. The input end receives the infrared radiation signal output is connected with the infrared focal plane detector, infrared focal plane detector output end analog signal connection detector readout unit drive module, the output end is connected with ADC conversion module, ADC conversion module is connected with the output signal processing and imaging module, signal processing module and image output video signal, the driving signal is connected with the output end of the detector unit at the same time the digital drive module; the output of the power supply module is connected with each module power supply port. The invention has the advantages of good stability, compact structure, low power consumption, low cost, etc. the utility model can complete various operations, switches and outputs to the display system in real time. With the display system and the key to achieve human-computer interaction: the control of the detector threshold and the realization of camera, video, playback, storage, transmission and other functions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外成像仪，涉及一种高分辨率制冷型红外热像仪。
技术介绍
红外成像系统在军事和民用领域都有广泛的应用前景。在军事上，该系统主要用于红外预警、红外侦察、红外制导、生化分析等；在民用领域，该系统可用于生物医药分析、海上油监、太阳照度监测、刑事侦察、森林防火、空间观测、染病谷物剔除、和灾害天气监测及预报等。1024×768红外探测器具有稳定性好、结构紧凑、功耗小、成本低等优势，但红外热像仪的距离不够远，不能达到非接触、快速准确探测红外辐射的高分辨率制冷型红外热像仪成像。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种高分辨率制冷型红外热像仪。技术方案一种高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于包括红外光学系统、红外焦平面探测器、探测器驱动模块、ADC转换模块、信号处理及成像模块及电源模块；红外光学系统的输入端接收红外辐射信号，输出连接红外焦平面探测器，红外焦平面探测器的输出端连接探测器驱动模块的模拟信号读出单元，其输出端连接ADC转换模块，ADC转换模块的输出端连接信号处理及成像模块，信号处理及成像模块输出视频信号，同时输出端连接探测器驱动模块的数字驱动信号单元；电源模块的输出端连接各模块的电源端口，探测器驱动模块内的探测器供电VDD单元、探测器偏压供给DIG单元和探测器偏压供给PRV单元为探测器提供驱动电源；信息流程为：辐射源所发出的红外光通过红外光学系统，照射到红外焦平面探测器上，产生光电转换从而将红外光图像转换成电荷图像；然后经探测器驱动模块对探测器输出的模拟信号流进行负载匹配、阻抗匹配以及电平转换，使得成为A/DDC转换能够接受的信号特性；ADC转换模块将模拟数据流转换为数字信号流，信号处理及成像模块将ADC转换模块输出的数字信号流进行处理输出视频信号。所述红外光学系统包括三个透镜，按光路走向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜和第三透镜为弯月正透镜，第二透镜为弯月负透镜，第二透镜和第三透镜前表面均采用非球面；各透镜间隔为：第一透镜与第二透镜间隔4.3mm、第二透镜与第三透镜间隔27.2mm、第三透镜与探测器间隔8.2mm。所述第一透镜和第三透镜的材料为锗，第二透镜的材料为锗。所述红外焦平面探测器选用分辨率为1024×768制冷探测器、像元尺寸16μm，模拟输出通道为8路，斯特林式制冷机。所述探测器供电VDD单元包括采用AD8028ARM的D2和外围电路；以L2电感、L3电感、B2电感、C8电容、C9电容、C5电容组成的电源滤波电路，对D2的电源供电管脚进行去耦合滤波，以R3电阻、R4电阻和C13电容组成低通滤波信号为D2的正输入端，C15电容跨接D2的负输入端和输出端,起零点补偿作用；R14电阻和R15电阻为D2负输入端偏值电阻，1+R14/R15为此电路的电压放大倍数，；D2的输出端通过D3二极管的负极连接三极管Q1的输入极，R1电阻、R5电阻和R10电阻组成三极管Q1的扩流电路，为探测器提供电流为120mA，5.95V的输出电压。所述探测器偏压供给DIG单元包括采用AD8028ARM的D8A和外围电路；采用B4电感、C23电容、C24电容、C25电容组成的电源滤波电路，对D8A的电源供电管脚进行去耦合滤波；以R25电阻、R24电阻和C32电容组成低通滤波信号为D8A的正输入端，C35电容、RP1电阻和R26电阻组成D8A的电路零点；D8A的输出经过C33电容和C34电容组成的滤波电路，以及D6和D7组成保护电路，为探测器输出电流15mA和可调DIG输出电压。所述探测器偏压供给PRV单元包括采用AD8028ARM的D8B和外围电路；R29电阻和R31电阻组成D8B正输入端的低分压电路，C38电容、R32电阻和R30电阻组成的电路零点，R33电阻和R32电阻为D8B负输入端偏值电阻，比值1+R33/R32为此电路的电压放大倍数；D8B的输出经过C37电容和C36电容组成的滤波电路，以及D9二极管和D10二极管组成保护电路，为探测器输出电流15mA和PRV输出电压5.95V。所述数字驱动信号单元采用SN65LVDS1DBV进行单端至差分转换，经过传输线传输后再由和SN65LVDS2DBV进行差分至单端进行转换。所述ADC转换模块采用TI公司的OPA820IDBV的配合外围电路组成；L6电感、C45电容、C41电容组成的电源滤波电路，对U7的电源供电管脚进行去耦合滤波；电阻R36电阻、R44电阻组成U7正输入端的分压电路，与探测器输出特性做匹配；C49电容、C51电容和R40电阻构成U7的电路零点，R50电阻和R51电阻为U7负输入端的偏值电阻，比值1+R50/R51为电路的电压放大倍数，电压与后级ADC采样电路输入范围匹配；U7的输出端完成ADC的转换。所述信号处理与成像模块包括FPGA、两片帧存芯片、系数存储器、两片显存、VGA显示芯片和RS422通信芯片；两片帧存芯片做乒乓处理，与FPGA连接；系数存储器促成1024K32BIT的存储，用来存储校正系数，与FPGA连接；FLASH存储程序和数据，与FPGA连接；两片显存做乒乓处理，与FPGA连接；RS422通信芯片做电平变换，与FPGA连接；VGA显示芯片与两片显存连接；所述帧存的乒乓处理：当FPGA读取帧存第一帧存芯片中数据时，FPGA内部的NIOS软核对帧存第二帧存芯片中数据进行处理，当FPGA读取第二帧存芯片中数据时，FPGA内部的NIOS软核对帧存第一帧存芯片中数据进行处理；所述显存的乒乓处理：当VGA显示控制芯片读取第一显存中数据时，FPGA向第二显存中写数据；当VGA显示控制芯片读取第二部显存中数据时，FPGA向第一显存中写数据。有益效果本专利技术提出的一种高分辨率制冷型红外热像仪，系统具有稳定性好、结构紧凑、功耗小、成本低等优势，能实时完成对图像数据的各种运算、切换、并输出到显示系统。配合显示系统和按键实现人机交互：对探测器阈值的控制和实现拍照、录像、播放、存储、传输等功能。本专利技术的优点本专利技术的红外光学系统采用非球面设计，优化设计可选择的变量增多，像差设计易于获得优良像质；结构简化：系统采用三片透镜，引入两个非球面，其余均为球面，大大降低了工艺要求，结构紧凑，透过率高；光机装调方便：光路中的部件均为固定部件，装调简单，很大程度上降低了系统的装调难度。采用由低噪声运算放大器构成的低通滤波电路为探测器提供驱动电压VDD和为探测器DIG和PRV提供偏置电压驱动可以最大程度的满足探测器对输入供电以及偏置电压的噪声需求，极大的降低了探测器输出信号的噪声。采用TI公司的OPA820IDBV配合ADI公司的模数转换芯片AD9240将探测器输出的模拟信号转换为数字信号，可以良好的匹配探测器的输出特性，并且将模数转换芯片的信噪比达到接近最大值。采用FPGA+NIOS信号处理架构，配合两片帧存、一片系数存储器、一片FLASH、两片显存以及VGA显示芯片和RS422通信芯片，构成了信号处理及成像模块。信号处理及成像模块对探测器输出的原始信号进行两点校正和单点校正，采用改进的坏元检测方法，减少误判和漏判现象，提高盲元检测精度，采用先进的DCE算法提高图像对比度。根据权利要求1的所述的高分辨率制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于包括红外光学系统、红外焦平面探测器、探测器驱动模块、ADC转换模块、信号处理及成像模块及电源模块；红外光学系统的输入端接收红外辐射信号，输出连接红外焦平面探测器，红外焦平面探测器的输出端连接探测器驱动模块的模拟信号读出单元，其输出端连接ADC转换模块，ADC转换模块的输出端连接信号处理及成像模块，信号处理及成像模块输出视频信号，同时输出端连接探测器驱动模块的数字驱动信号单元；电源模块的输出端连接各模块的电源端口，探测器驱动模块内的探测器供电VDD单元、探测器偏压供给DIG单元和探测器偏压供给PRV单元为探测器提供驱动电源；信息流程为：辐射源所发出的红外光通过红外光学系统，照射到红外焦平面探测器上，产生光电转换从而将红外光图像转换成电荷图像；然后经探测器驱动模块对探测器输出的模拟信号流进行负载匹配、阻抗匹配以及电平转换，使得成为A/DDC转换能够接受的信号特性；ADC转换模块将模拟数据流转换为数字信号流，信号处理及成像模块将ADC转换模块输出的数字信号流进行处理输出视频信号。

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于包括红外光学系统、红外焦平面探测器、探测器驱动模块、ADC转换模块、信号处理及成像模块及电源模块；红外光学系统的输入端接收红外辐射信号，输出连接红外焦平面探测器，红外焦平面探测器的输出端连接探测器驱动模块的模拟信号读出单元，其输出端连接ADC转换模块，ADC转换模块的输出端连接信号处理及成像模块，信号处理及成像模块输出视频信号，同时输出端连接探测器驱动模块的数字驱动信号单元；电源模块的输出端连接各模块的电源端口，探测器驱动模块内的探测器供电VDD单元、探测器偏压供给DIG单元和探测器偏压供给PRV单元为探测器提供驱动电源；信息流程为：辐射源所发出的红外光通过红外光学系统，照射到红外焦平面探测器上，产生光电转换从而将红外光图像转换成电荷图像；然后经探测器驱动模块对探测器输出的模拟信号流进行负载匹配、阻抗匹配以及电平转换，使得成为A/DDC转换能够接受的信号特性；ADC转换模块将模拟数据流转换为数字信号流，信号处理及成像模块将ADC转换模块输出的数字信号流进行处理输出视频信号。2.根据权利要求1所述高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于：所述红外光学系统包括三个透镜，按光路走向依次同轴设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜；第一透镜和第三透镜为弯月正透镜，第二透镜为弯月负透镜，第二透镜和第三透镜前表面均采用非球面；各透镜间隔为：第一透镜与第二透镜间隔4.3mm、第二透镜与第三透镜间隔27.2mm、第三透镜与探测器间隔8.2mm。3.根据权利要求2所述高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于：所述第一透镜和第三透镜的材料为锗，第二透镜的材料为锗。4.根据权利要求1所述高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于：所述红外焦平面探测器选用分辨率为1024×768制冷探测器、像元尺寸16μm，模拟输出通道为8路，斯特林式制冷机。5.根据权利要求1所述高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于：所述探测器供电VDD单元包括采用AD8028ARM的D2和外围电路；以L2电感、L3电感、B2电感、C8电容、C9电容、C5电容组成的电源滤波电路，对D2的电源供电管脚进行去耦合滤波，以R3电阻、R4电阻和C13电容组成低通滤波信号为D2的正输入端，C15电容跨接D2的负输入端和输出端,起零点补偿作用；R14电阻和R15电阻为D2负输入端偏值电阻，1+R14/R15为此电路的电压放大倍数，；D2的输出端通过D3二极管的负极连接三极管Q1的输入极，R1电阻、R5电阻和R10电阻组成三极管Q1的扩流电路，为探测器提供电流为120mA，5.95V的输出电压。6.根据权利要求1所述高分辨率制冷型红外热像仪，其特征在于：所述探测器偏压供给DIG单元包括采用AD8028ARM的D8A和外围电路；采用B4电感、C23电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱寅非，孙小亮，梁瑞冰，毛义伟，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41