红外模拟探测器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种红外模拟探测器及其方法，分为硬件架构和软件控制两部分，由DSP+FPGA芯片组成中央处理单元，由SRAM芯片构成数据存储模块，SDRAM、FLASH芯片构成程序执行模块，由外部总接口、A/D芯片构成接收外部驱动信号模块，接收外部驱动信号模块包括与红外成像电子学组件的驱动电路的接口、偏置电压过压监测模块、上电顺序检测模块，模拟信号输出模块包括将中央处理单元中输出的数字信号转换为模拟信号的D/A芯片和进行信号增强的放大电路，软件控制部分为一个上位机软件控制台，通过串口命令将上位机的指令直接发送给中央处理单元，从而完成对模拟探测器各种模型参数和功能参数的修改。本发明专利技术可以自由的选择输出图像的格式以及各种图像特性在模拟探测器中所占的比重。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外热成像
，特别是一种。
技术介绍
凝视型制冷红外焦平面探测器是目前应用和发展非常广泛及迅速的一种红外探测器。其具有灵敏度高，可分辨温差小等优势，是目前军民两用中极为重要的红外探测装置。目前最主流的凝视型制冷探测器材料为HgCdTe材料，就目前的使用情况来看，这种材料的探测率最高，但是其也具有自身的制造技术难点。其中最大的问题就是在焦平面薄膜的生长过程中，HgCdTe材料中各元素的组分控制较为困难，同时其薄膜的生长方式的选择也决定了 HgCdTe材料晶格中存在位错，表面交叉，孪晶等现象，目前使用最多的生长方式分子外延生长术(MBE)已经能够较好的控制上述这些问题，但是这种生长方式需要在高温和长时间的人力监控下进行，且生长效率不高，成品率低。我国目前已经生产出首批凝视型中波制冷红外探测器，但是成品率低，数量很少；同时，国产探测器制冷机的工作寿命较短，不利于探测器的长时间工作，在实际使用过程中会出现明显的老化及性能下降现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种红外模拟探测器及其方法，能够通过参数的设置，完成对实际探测器功能和性能两方面的模拟，并且可以与实际探测器的成像电子学组件直接相连，以预先对电子学组件上的各种功能部件和内部的算法效果进行调试和验证，大大缩短项目的开发周期，同时又可以保护实际探测器。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种红外模拟探测器，分为硬件架构和软件控制两部分，在硬件架构中，由DSP+FPGA芯片组成中央处理单元，由SRAM芯片构成数据存储模块，SDRAM、FLASH芯片构成程序执行模块，由外部总接口、A/D芯片构成接收外部驱动信号模块，接收外部驱动信号模块包括与红外成像电子学组件的驱动电路的接口、偏置电压过压监测模块、上电顺序检测模块，模拟信号输出模块包括将中央处理单元中输出的数字信号转换为模拟信号的D/A芯片和进行信号增强的放大电路，软件控制部分为一个上位机软件控制台，通过串口命令将上位机的指令直接发送给中央处理单元，从而完成对模拟探测器各种模型参数和功能参数的修改；系统开始工作时，首先将红外成像电子学组件和外部总接口相连，由接收外部驱动信号模块完成对外加信号的自检和接收，继而由用户对需要模拟的探测器类型及探测器性能特征进行设置，由中央处理单元生成模拟红外图像视频流，最终由模拟信号输出模块将该数字视频流转换为模拟信号，并增强放大后向外输出，该输出信号由与之连接红外成像电子学组件按照实际探测器的方式进行接收，完成模数转换及算法处理操作。本专利技术与现有技术相比，其显著优点(1)能够通过上位机软件中的参数设置功能方便的对模拟探测器进行配置，可以自由的选择输出图像的格式以及各种图像特性在模拟探测器中所占的比重。(2)针对目前我国自主研发的凝视型制冷探测器成品率较低且成本较高的问题，本套系统可以在使用实际探测器之前预先完成对后端红外成像电子学组件功能和内部算法性能的调试，同时测试驱动电路提供的信号的正确性和安全性，可以避免出现驱动电路在长时间工作后出现不稳定现象而损坏探测器。(3)模拟探测器系统的设计和提出能够使得更多的科研人员在没有实际探测器的条件下也加入到该领域的研究中来，为我国红外热成像技术水平的提升具有重要的意义。(4)本套红外模拟探测器，能够通过参数的设置，完成对实际探测器功能和性能两方面的模拟，并且可以与实际探测器的成像电子学组件直接相连，以预先对电子学组件上的各种功能部件和内部的算法效果进行调试和验证，大大缩短项目的开发周期，同时又可以保护实际探测器。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是模拟探测器硬件设计结构图。图2是模拟探测器系统工作总流程图。图3是实际探测器的条纹非均勻性与模拟图像条纹非均勻性效果对比，其中(a)，(b)为两种不同的实际探测器的条纹非均勻性特征，(b) (d)为本专利技术中的模型计算产生的条纹非均勻性特征效果对比。图4是加入了列通道增益非均勻性和未加入列通道增益非均勻性的模拟图象的对比，其中(a)为加入了列通道增益非均勻性的模拟图像，(b)为未加入列通道增益非均勻性的模拟图象。图5是加入噪声模型的图像，其中(a)为加入了一种噪声特征的图像，(b)为加入了两种噪声特征的图像，(c)为加入了三种噪声特征的图像，(d)为加入了四种噪声特征的图像。图6是加入了盲元模型的图像，其中(a) (b) (c) (d)为不同的盲元等级设置下的含有盲元的模拟图像。图7是模拟探测器红外图像模拟流程图。具体实施例方式本专利技术红外模拟探测器分为硬件架构和软件控制两部分，在硬件架构中，由DSP+FPGA芯片组成中央处理单元，由SRAM芯片构成数据存储模块，SDRAM、FLASH芯片构成程序执行模块，由外部总接口、A/D芯片构成接收外部驱动信号模块，接收外部驱动信号模块包括与红外成像电子学组件的驱动电路的接口、偏置电压过压监测模块、上电顺序检测模块，模拟信号输出模块包括将中央处理单元中输出的数字信号转换为模拟信号的D/A芯片和进行信号增强的放大电路，软件控制部分为一个上位机软件控制台，通过串口命令将上位机的指令直接发送给中央处理单元，从而完成对模拟探测器各种模型参数和功能参数的修改；系统开始工作时，首先将红外成像电子学组件和外部总接口相连，由接收外部驱动信号模块完成对外加信号的自检和接收，继而由用户对需要模拟的探测器类型及探测器性能特征进行设置，由中央处理单元生成模拟红外图像视频流，最终由模拟信号输出模块将该数字视频流转换为模拟信号，并增强放大后向外输出，该输出信号由与之连接红外成像电子学组件按照实际探测器的方式进行接收，完成模数转换及算法处理操作。本专利技术红外模拟探测器结构如图1所示，包括上位机、DSP芯片、FPGA芯片、A/D芯片、SDRAM芯片、FLASH芯片、SRAM芯片、电源管理系统、D/A芯片、外部总接口，上位机与DSP芯片连接，电源管理系统为整个系统供电，DSP芯片通过VP 口和EMIF 口连接到FPGA芯片上的IO 口，实现实时数据流的交换与采集，SRAM芯片通过数据线与地址线连接到FPGA芯片的IO 口上，用于存储在系统运行过程中各个模型的计算参数以及图像缓存，SDRAM芯片和FLASH芯片通过地址线与数据线和DSP芯片相连，用于存储DSP芯片中的程序以及在系统上电工作时将FLASH芯片内的程序快速读入SDRAM芯片中，使DSP芯片正常运行；A/D芯片为模数转换芯片，其上的模拟输入口与外部接口相连，用以将用户制作的驱动电路中的偏置电压模拟信号接收并转换为数字信号，同时其数字输出口与FPGA芯片相连，将偏置电压转换成的数字信号送入FPGA芯片中由FPGA芯片进行实时检测；D/A芯片为数模转换芯片，其上的数字口与FPGA芯片连接，将DSP芯片、FPGA芯片送出的数字视频流转换为模拟视频流，同时其上的模拟口与外部总接口连接，将该模拟视频流输出，以供用户采集使用；外部总接口直接与FPGA、A/D、D/A芯片连接，实现用户与模拟探测器系统的视频流数据交换以及偏置电压采集；上位机通过串口与DSP芯片的UART 口连接，将用户命令发送至DSP芯片中来对本系统进行参数设置和其他控制方式。本专利技术红外模拟探测器的工作流程如图2所示。(1)模拟探测器工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钱，刘宁，顾国华，隋修宝，左超，季尔优，钱惟贤，何伟基，张闻文，路东明，于雪莲，毛义伟，王士绅，樊晓青，张桥舟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：