摘 要

现如今，科学技术发展日新月异，红外成像技术也得到了迅速发展，其在军民两方面的应用越加广泛。其中，非制冷热成像由于其价格低、体积小、结构简单及功耗低等优点得到了广泛的应用。因此，对非制冷红外技术的研究具有重大的现实意义。

本系统设计了基于FPGA的非制冷热成像图像处理电路，首先了解了红外成像系统技术背景及发展现状，然后根据红外焦平面的特性、参数及设计要求制定了系统的设计指标，并确定非制冷热成像系统的设计方案。按照系统设计需求对各个模块所需芯片进行选型，选取适合系统功耗低、体积小等特点的芯片及封装，本方案在已有的红外焦平面探测器模块的基础上，将系统设计分成了红外焦平面探测器模块、电源模块、FPGA信号处理模块、SRAM数据存储模块和视频编码模块，并根据以上硬件设计了系统的控制程序，完成了整体系统的软硬件联调。测试结果表明，系统基本实现了预期的设计指标，成像效果达到预期的效果。最后对系统存在的问题提出了需要改进的方向。

关键词：红外热成像，FPGA设计，非制冷红外焦平面，图像处理，SRAM存储器

Design of Uncooled Thermal Imaging Image Processing Circuit Based on FPGA

Abstract

Nowadays, the development of science and technology is changing with each passing day, and infrared imaging technology has also developed rapidly. Its application in both military and civilian areas has become more widespread. Among them, uncooled thermal imaging has been widely used due to its low price, small size, simple structure and low power consumption. Therefore, the research on uncooled infrared technology has great practical significance.

The system designed an FPGA-based uncooled thermal imaging image processing circuit. First, I understand the technical background and development of infrared imaging systems. Then, according to the characteristics of the infrared focal plane, parameters and design requirements, I determine the design specifications of the system, and finally determine the design of the uncooled thermal imaging system. I select the chip required for each module, and select the chip and package suitable for low power consumption and small size according to the system design requirements. Based on the existing infrared focal plane detector module, the scheme is divided into infrared focal plane detector module, power module, FPGA signal processing module, SRAM data storage module and video coding module, and designed the system's control program according to the above hardware. Then complete the software and hardware joint debugging of the overall system. The test results show that the system basically achieves the expected design indicators, and the imaging effect achieves the expected results. Finally, the problems of the system are pointed out, which need to be improved.

Key Words：Infrared thermal imaging, FPGA design, Uncooled infrared focal plane, Image processing, SRAM memory

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外发展概况 1

1.2.1 制冷型热成像技术发展概况 2

1.2.2 非制冷型热成像技术发展概况 2

1.3 本课题主要研究内容及文章结构 3

第二章 硬件电路总体设计 5

2.1 系统设计技术指标 5

2.2 系统总体设计方案 5

第三章 系统所需器件与核心器件选型 8

3.1 FPGA主控芯片的选取 8

3.2 外接SRAM芯片的选型 10

3.3 视频编码器芯片的选型 12

3.4 电源管理芯片的选型 13

第四章 图像处理主要电路设计 17

4.1 电源电路 17

4.1.1 USB充电电路 17

4.1.2 照明灯供电电路 18

4.1.3 核心芯片及探测器模块供电电路 19

4.1.4 LCD屏显示供电电路 21

4.1.5 快门电机供电电路 21

4.2 复位电路 22

4.3 FPGA主控电路 23

4.3.1 FPGA外围电路框架 23

4.3.2 FPGA程序下载电路 24

4.3.3 主控芯片的主要功能 25

4.4 SRAM存储电路 26

4.5 视频编码电路 27

4.6 扩展功能的电路设计 28

4.6.1 UART串口通信 28

4.6.2 手电筒 28

4.6.3 外接ARM接口预留 29

4.6.4 LCD屏接口预留 29

第五章 软硬件调试 31

5.1 电路模块功能测试 31

5.2 电路成像效果 32

5.3 结果 33

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 36

致谢 38

附录一 原理图 39

附录二 硬件实物图 51

第一章 绪论

课题研究背景及意义

自然界中物体都会向外界辐射电磁波，常温下主要是红外辐射^[1]。红外辐射俗称红外线或红外光，它是在人眼可见光范围之外的光线，具有强烈的热效应，故又称热辐射^[2]。通过对这种热辐射进行探测并显示出的图像的过程叫做红外成像。

红外成像首先起源于航天及军力领域，尤其在军事领域发挥着重要的作用，而如今更是作为高科技技术在现代军事武装上得到了广泛的应用，未来红外技术将会在军事领域快速发展并且进行更多的应用。现代军事技术中，可以通过红外技术对弹道导弹、巡航导弹等进行监察、预警、跟踪、拦截。红外技术是否先进、成熟将直接威胁到国家的安全。同时，在战场上对于黑暗的夜晚以及恶劣的环境等也可用红外夜视仪侦测敌人位置。现如今，红外成像技术在日常生活领域方面的应用也越加广泛，如为了弥补可见光成像技术在夜间使用的不足，可用红外摄像头进行拍摄、防火监测以及防盗系统等。

由于我国对红外研究起步较晚以及国外对中国的技术封锁，技术实力还是落后于国外，因此我们要努力克服先前技术的落后与不足部分，完善缺陷。近年来，我国红外成像技术发展迅速，我国在红外技术领域的研究上投入了很大的资本及精力，各大高校也纷纷展开对红外技术的研究，尤其是对非制冷红外成像技术的研究。

相关图片展示：