光电成像原理论文

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1、红外热成像系统及其应用摘要：由于成本高等原因，红外成像技术早期大多应用在军事中，但经过几十年的发展，目前红外成像技术已经广泛地应用于夜视、医学诊断、军事、安全监控等众多领域，红外成像系统的价格已经大幅降低，这为红外成像系统向民用和多元化应用方向发展创造了条件并正成为一种趋势。目前市场上面的红外成像产品已经十分常见，比如说红外摄像机、红外夜视仪等产品。这些产品的一大特点就是功耗低、体积小、重量轻、便于携带，有的功能十分强大。因此，作为一个发展迅猛的研究方向，了解红外热成像技术十分必要。本文主要介绍了红外成像系统的发展、作用

2、及其几个具体应用。关键词：红外成像系统及其应用面阵CCD一、红外成像系统的发展与各行业的作用1、红外成像系统的发展美国TI公司在1964年研制成功第一代的红外热成像装置，称为红外前视系统，这是红外成像仪的原型。九十年代中期，美国FSI公司研制成功新一代红外热像仪，属于焦平面阵列式(FPA)结构的一种凝视成像装置。第二代热像仪又分为低温制冷和非制冷两种型号。探测器分辨率一般在320×240或320×256。其中非制冷型主要有热释电（钛酸锶钡(BST)陶瓷材料）和微测辐射热计（多晶硅材料）；制冷型焦平面（HgCdTe材料）则

3、基于光子探测原理，即入射光子在探测器中激发光生载流子，光生电荷正比于入射光通量。其灵敏度比非制冷要高得多。进入二十一世纪，红外焦平面技术得到飞速发展。第三代红外热像仪也正在研制中。其主要特点是：高分辨率(800×600、1024×1024、2048×2048等)、多探测波段、高帧率(高达200Hz)、高灵敏度(<10mK)等。第三代热像仪对未来的生产工艺技术提出了新的挑战，如何平衡提高探测器性能和降低生产成本是第三代热像仪能否大规模应用于军事甚至民用领域的关键问题。2、红外成像系统的作用(1)红外侦察与夜视目前红外成像系

4、统广泛装备于海、陆、空三军，大大提高军队夜战水平，可昼夜侦察和监视空中、地面、水面的各种目标，并可用于各种作战飞机、武装直升机、无人机、坦克、舰船的导航、瞄准和火控系统。(2)红外制导利用图像识别和跟踪技术，引导导弹跟踪和接近目标，大大提高了导弹的命中率。红外制导在空空、空地、地空、反坦克导弹中普遍采用。(3)用于探测隐形目标隐身目标虽采用了隐身技术，但其温度总比背景温度高，红外辐射仍然存在，仍有可能被高灵敏度的红外探测器探测到。将红外成像设备安装在空间平台上用于探测隐形目标，可精确提供目标的位置信息，探测距离可达数百千

5、米。红外探测技术是和雷达互为补充的侦察设备，用于探测近距离目标，并提高了自身的隐身能力。军用红外技术的飞速发展和广泛应用，表明红外技术的地位已从以往的战术地位向战略地位发展，对未来战争将有重大的影响。任何技术都不是十全十美的，红外技术也有其局限性。主要缺点是在大气层内的探测能力不如雷达，受阴雨雾等天气条件的影响比较大。(4)工业主要应用于工业热故障探测、热能耗散途径识别和无损检测等领域。如电力、交通、石油化工、工艺质量控制、非接触温度测量、预防性维修等。(1)农业与林业采用红外遥感技术，可以监测农作物估产，病虫害探测和预

6、报，森林、草原防火，卫星地球资源勘察。(2)医学用来诊断同体温有关的许多疾病。如癌症的早期诊断、手术监测、伤口监视、静脉堵塞的早期诊断。红外测温仪具有无辐射、成像测温分辨率高、工作稳定等特点，可对2米外较大范围流动人员进行监控。在非典期间红外测温技术广泛应用在机场、车站、码头、医院等公共场所，对防止非典的蔓延发挥了极其重要的作用。二、红外成像系统结构1、红外成像系统的硬件结构该系统主要由面阵CCD、专用驱动IC、ADC、FIFO、DSP和FPGA等模块组成。本红外成像系统的硬件框架如图1所示：图1红外成像系统的硬件框架图

7、本系统总共分成两个大的模块：CCD图像采集模块和DSP+FPGA模块。CCD图像采集模块主要完成图像数据的采集及数据同步信号的产生；DSP+FPGA模块主要完成图像数据的存储、处理及显示。DSP+FPGA模块又可以分成两个小模块：DSP模块和FPGA模块。前者主要是负责图像算法的处理以及图像数据的存储，后者则主要是负责系统的控制及图像的显示。CCD图像采集模块、DSP模块及FPGA模块将在后续的章节中详细介绍。1、CCD器件及驱动目前，用于红外面阵图像探测的器件主要有：具有近红外探测功能的CCD和红外焦平面阵列。具有近红

8、外探测功能的CCD主要用于红外监控、红外测距和近红外光谱分析仪等近红外成像领域；而红外焦平面阵列是更为高端的红外探测器，主要应用于红外热成像、红外跟踪系统、导弹寻的器和红外对抗等军事系统。基于成本和应用场合方面的考虑，本系统选择了SONY公司生产的CCD——ICX259AL。1、面阵CCD的基本原理面阵CCD由多行感