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红外热成像系统因其卓越的目标探测及实时测控能力,广泛应用于夜间侦察、红外制导、卫星遥感、电力、医疗和安防等军事与民用领域。FPGA与其片上软核处理器功能的日益强大,使得红外成像测温系统能够基于FPGA来构建实现。本文基于FPGA的SOPC技术,研究针对UL02152型IRFPA(红外焦平面)的红外成像与红外测温技术,并研制测温系统样机。
本文首先介绍了红外成像技术和红外测温技术的发展概况与应用前景,分析了红外辐射规律,非制冷红外探测器原理以及红外测温的物理基础与影响红外测温的因素;在已有的384×288红外小型化项目的硬件电路版基础上,改进设计了红外焦平面驱动板并增加了数字温度传感器ADT7410驱动板,构建了基于UL02152型IRFPA的测温硬件系统;基于Altera公司的FPGA搭建数字硬件逻辑模块并编写嵌入式C程序,完成了基于SOPC的红外成像:根据红外焦平面数据手册的介绍,设计完成器件驱动模块,采用双线性插值放大算法将原160×120的分辨率2倍变焦为320×240,对图像进行单点非均匀校正并通过中值滤波窗口滤除噪声得到较好质量的红外图像;在已获得的红外图像基础上进行红外测温的实现:设计红外测温的标定界面程序,基于SOPC实现以I2C总线对的数字温度传感器的读写控制,对整个系统进行黑体标定实验,通过片上ROM的查找表与数字温度传感器取得实时环境温度来实现精准测温。最终测温实验结果表明测温系统样机可实现+20℃～+50℃温度区间、精度为±0.50℃的非接触成像测温。