非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统及方法，系统包括：机箱、FPGA板卡、电源板卡模块、非制冷红外探测器、斩波器、面源辐射黑体；所述FPGA板卡以及电源模块设置在机箱内；所述斩波器设置在探测器与面源辐射黑体之间，且面源辐射黑体、斩波器以及探测器中心位于同一水平线，所述斩波器用于产生不同频率下的的信号，面源辐射黑体用于为探测器提供光源；所述FPGA板卡与非制冷红外探测器连接，用于产生探测器驱动信号以及接收探测器采集的图像数据；所述上位机对采集的图像数据进行处理，获得热时间常数。本发明专利技术在采集图像时，运用两个独立的fifo对于奇数行偶数行进行缓存，并直接按行输出，可以不需要另外板载缓存，节约了资源。节约了资源。节约了资源。

【技术实现步骤摘要】
非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统及方法


[0001]本专利技术属于探测器成像测试技术，具体为一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统及方法。

技术介绍

[0002]随着科技日新月异的发展,特别是在微电子以及光电技术方面发展的尤为突出,在此期间种类繁多的红外器件出现在人们的视野中,并且在民用领域、军事领域都得到了广泛的应用。由于不同的物体所发出的红外辐射波段是特定的,因此利用物质的这一特性，人们通过判断特定的红外辐射波段来进行物体的辨别与检测,将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的信号的技术就是红外探测技术。
[0003]近些年来半导体工艺制造技术迅猛发展的需求量不断提升，与此同时带动着非制冷红外焦平面探测器技术也有着较为迅速的发展，虽然与制冷型红外探测器相比其灵敏度还有些欠缺，但相比于制冷型红外探测器，其优势在于有着更低的成本、更小的功耗、更轻质量、体积更小、启动及稳定速度快，因此有着更为广阔的应用及发展空间，正是因为有着更好的发展前景和空间，所以在该技术在未来的发展也更容易被推动，同时由于非制冷红外焦平面探测器技术其成本低，因此价格相对便宜，这也能满足了民用红外系统和部分大规模装备的军事红外系统的迫切需要。
[0004]非制冷红外焦平面探测器技术掀起了红外技术的一次新的革命，在军事和民用领域具有非常广泛的应用以及发展前景。而对于一项技术来说，在设计制造过程中往往不可或缺的重要组成部分便是测试验证技术，因此非制冷红外焦平面探测器其相应测试验证技术对于未来焦平面的设计改进以及应用开发研究都具有及其重要的推动意义和实用价值。
[0005]国外知名红外探测器测试系统开发厂商已经将其提供的红外探测器测试方法在军事，民用领域进行了广泛的应用，并得到了用户广泛的认可，但因红外探测技术的敏感性和测试系统对于红外探测器发展的重要意义，并且厂商大多对中国实行出口封锁，少部分可出口到中国的测试系统或设备也存在着价格昂贵、后期维护不便等问题。
[0006]国内多家红外探测器厂商和相关科研院所也相继开展了红外探测器测试系统的研究工作。设计并制定了适配自己产品的实用性测试系统并进行了一定的推广应用。但与国外产品相比，不论是在测试系统的自动化程度、还是测试系统的稳定性以及测试精度等方面仍存在着一些差距。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本专利技术提出了一种非制冷型红外探测器成像及测试系统。
[0008]实现本专利技术目的的技术方案为：一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，包括：机箱、FPGA板卡、电源板卡模块、非制冷红外探测器、斩波器、面源辐射黑体；
[0009]所述FPGA板卡以及电源模块设置在机箱内；
[0010]所述斩波器设置在探测器与面源辐射黑体之间，且面源辐射黑体、斩波器以及探测器中心位于同一水平线，所述斩波器用于产生不同频率下的的信号，面源辐射黑体用于为探测器提供光源；
[0011]所述FPGA板卡与非制冷红外探测器连接，用于产生探测器驱动信号以及接收探测器采集的图像数据；
[0012]所述上位机对采集的图像数据进行处理，获得热时间常数。
[0013]优选地，所述非制冷红外探测器设置在探测器接口板上，通过设置在探测器接口板上的差分信号连接器与FPGA板卡上的连接器连接，实现FPGA板卡与非制冷红外探测器的连接。
[0014]优选地，所述探测器接口板中间为探测器夹具，用于固定探测器以及将探测器与接口板连接，左右两侧为两个68引脚的差分信号接口，用于与连接器相连，进而与FPGA板卡进行数据传输，接口板上下两端为电源连接器。
[0015]优选地，所述非制冷型红外探测器工作在帧频为25Hz，分辨率为1280*1024的工作状态，所述非制冷型红外探测器的主时钟为162MHz，像素数据经过片上的A/D转换模块转换为数字信号，并以串行的方式以四路LVDS差分形式输出，并伴有一路差分时钟信号。
[0016]优选地，所述FPGA板卡内置Kintex
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7 FPGA芯片。
[0017]优选地，所述电源板卡为可编程电源板卡，为探测器提供3.6V的模拟电源、1.8V的数字电源以及3.6V～10V的偏置电源。
[0018]优选地，采集不同斩波频率下的图像数据，斩波器的斩波频率分别为0Hz、2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、10Hz、12Hz。
[0019]本专利技术还提出了一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试方法，具体步骤如下：
[0020]步骤1、启动黑体辐射源，并将斩波器调至特定频率；
[0021]步骤2、运用Verilog代码编写I2C探测器配置驱动程序，并生成edf网表文件，在机箱上位机通过Labview平台调用edf网表文件，生成探测器配置驱动IP核，将该功能程序写入FPGA板卡，FPGA板卡使用探测器配置驱动IP核进行探测器驱动，通过探测器接口板向探测器传输驱动信号；
[0022]步骤3、红外探测器接收驱动信号，采集红外图像，并产生数字图像数据，通过接口板送入FPGA板卡；
[0023]步骤4、FPGA板卡对采集的数据按照奇数行偶数行进行还原；
[0024]步骤5、FPGA板卡将奇数行偶数行图像数据分别缓存在两个FIFO中，并按奇偶顺序依次按行输出；
[0025]步骤6、上位机对于FPGA板卡输出的连续100帧的图像数据进行采集保存；
[0026]步骤7、上位机通过热时间常数测试程序读取保存的图片，取某一点处的100帧图像的像素值存入数组中，并对100组数据进行傅里叶变换还原出对应斩波频率下的响应值；
[0027]步骤8、改变斩波器的调制频率为0Hz、2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、10Hz、12Hz，重复上述步骤中的内容，得到7组不同响应频率对应的响应值，对于得到的7组数据进行拟合，得到频率响应曲线，取出处所对应的截至频率，根据公式求出热时间常数，并在上位机前面板显示出来。
[0028]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术由FPGA板卡实现探测器驱动及数据采集，并由NI系统上位机保存图像数据，并进行测试，实现了探测器成像以及测试的一体化，能够在探测器采集图像之后，实时的将热时间常数测量出来，运用Labview编写的操作界面，操作简单，自动化强。(2)本专利技术在采集图像时，运用两个独立的fifo对于奇数行偶数行进行缓存，并直接按行输出，可以不需要另外板载缓存，节约了资源。
[0029]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0030]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0031]图1为本专利技术的非制冷行红外探测器成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，包括：机箱、FPGA板卡、电源板卡模块、非制冷红外探测器、斩波器、面源辐射黑体；所述FPGA板卡以及电源模块设置在机箱内；所述斩波器设置在探测器与面源辐射黑体之间，且面源辐射黑体、斩波器以及探测器中心位于同一水平线，所述斩波器用于产生不同频率下的的信号，面源辐射黑体用于为探测器提供光源；所述FPGA板卡与非制冷红外探测器连接，用于产生探测器驱动信号以及接收探测器采集的图像数据；所述上位机对采集的图像数据进行处理，获得热时间常数。2.根据权利要求1所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，所述非制冷红外探测器设置在探测器接口板上，通过设置在探测器接口板上的差分信号连接器与FPGA板卡上的连接器连接，实现FPGA板卡与非制冷红外探测器的连接。3.根据权利要求2所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，所述探测器接口板中间为探测器夹具，用于固定探测器以及将探测器与接口板连接，左右两侧为两个68引脚的差分信号接口，用于与连接器相连，进而与FPGA板卡进行数据传输，接口板上下两端为电源连接器。4.根据权利要求1所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，所述非制冷型红外探测器工作在帧频为25Hz，分辨率为1280*1024的工作状态，所述非制冷型红外探测器的主时钟为162MHz，像素数据经过片上的A/D转换模块转换为数字信号，并以串行的方式以四路LVDS差分形式输出，并伴有一路差分时钟信号。5.根据权利要求1所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，所述FPGA板卡内置Kintex
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7FPGA芯片。6.根据权利要求1所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，所述电源板卡为可编程电源板卡，为探测器提供3.6V的模拟电源、1.8V的数字电源以及3.6V～10V的偏置电源。7.根据权利要求1所述的非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试系统，其特征在于，采集不同斩波频率下的图像数据，斩波器的斩波频率分别为0Hz、2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、10Hz、12Hz。8.一种非制冷型红外探测器成像及热时间常数测试方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、启动黑体辐射源，并将斩波器调至特定频率；步骤2、运用Verilog代码编写I2C探测器配置驱动程序，并生成edf网表文件，在机箱上位机通过Labview平台调用edf网表文件，生成探测器配置驱动IP核，将该功能程序写入FPGA板卡，FPGA板卡使用探测器配置驱动IP核进行探测器驱动，通过探测器接口板向探测器传输驱动信号；步骤3、红外探测器接收驱动信号，采集红外图像，并产生数字图像数据，通过接口板送入FPGA板卡；步骤4、FPGA板卡对采集的数据按照奇数行偶数行进行还原；步骤5、FPGA板卡将奇数行偶数行图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟基，田伟昊，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：