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热释电型非制冷焦平面热成像系统研究——调制斩波器与双波段热成像

专 业: 光学工程
关键词: 热释电探测器 非制冷焦平面 双波段红外 阿基米德 调制斩波器 调制滤波器
分类号: O43
形 态: 共 106 页 约 69,430 个字 约 3.321 M内容
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内容摘要


热成像系统经历了从单元到多元、制冷型到非制冷并举的发展历程。

非制冷焦平面探测器的出现,使热成像系统得到很大的发展并迅速推广到各个领域。

热成像系统多采用中波红外3~5μm或长波红外8~12μm作为工作波段,但随着光电对抗技术的发展,为提高系统的抗干扰以及探测和识别能力,多波段探测技术成为热成像技术发展的重要方向。

该文基于国家863计划轻型低成本双波段非制冷焦平面热成像系统关键技术研究项目,对基于热释电型非制冷焦平面探测器的热成像系统的关键技术以及双波段热成像理论进行了研究与分析,取得了一些有创新性的成果。

1.对国际上非制冷红外焦平面技术及双波段成像实现途径进行总结与分析,针对热释电型BST焦平面探测器需要调制入射辐射的特点,指出其新型阿基米德螺线斩波器是一种国内尚未深入涉及的新技术,对热成像系统的成像性能具有重要的影响。

2.研究了新型阿基米德螺旋线型调制斩波器的理论,建立了斩波器的数学模型和辅助设计软件,模拟分析表明:

斩波器可实现对探测器各单元连续均匀的推扫,使探测器像元具有相等的曝光时间;探测器具有与常规CCD信号读出不同的曝光顺序,采用不同信号读出模式将影响像元的信号电荷,并进而对后续非均匀性校正产生直接影响;通过选择不同曝光效率的斩波器可有效加大系统的动态范围。

这些结果对斩波器的设计具有理论指导意义。

3.提出了基于单一BST非制冷焦平面探测器的双波段热成像理论,确定了调制滤波器与斩波器配合完成对入射辐射双波段调制的技术方案;首次研究提出了采用双瓣阿基米德螺线的3-5μm和8-12μm双波段调制滤波器的形状,模拟分析表明:

通过后续信号处理可分解出与双波段辐射相关的信号。

4。

对热像仪的双波段测温技术,特别是基于单一热释电焦平面探测器的双波段成像系统获取温度图像的理论进行深入的分析;搭建了热成像系统测温的标定实验系统,对测量结果进行了分析与讨论。

论文研究成果不仅具有理论意义,而且对中国目前正在进行的非制冷焦平面探测器技术研究以及日益广泛的应用具有重要的指导意义……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 概述
1.1课题背景及意义
1.2本文的工作及内容
第二章 非制冷焦平面热成像系统及其相关技术
2.1制冷型红外成像技术
2.2非制冷红外焦平面成像技术
2.2.1非制冷红外焦平面技术实现途径
2.2.2非制冷焦平面热像仪的应用及发展趋势
2.2.3双波段非制冷焦平面热像仪
2.3热成像系统的辐射调制技术
2.3.1常用机械斩波调制方法
2.3.2调制斩波盘技术
2.3.3液晶光学斩波器
2.4图像处理与融合技术
2.4.1图像融合技术的特点及方法分类
2.4.2融合的基本方法
2.5本章小结
第三章 热释电型非制冷焦平面热成像系统及其调制斩波器
3.1热释电型非制冷焦平面成像系统
3.1.1 PV-320特性参数
3.1.2信号处理技术
3.1.3微型斩波器
3.2非制冷热释电焦平面探测器及其基本性能
3.2.1 BST热电材料的基本性能
3.2.2热释电探测器的信号响应
3.2.3热释电探测器的温度响应
3.2.4非制冷BST焦平面探测器的基本性能
3.3阿基米德螺线型斩波器的设计参数
3.3.1斩波器形状
3.3.2工作原理
3.4探测器像元曝光状况分析
3.4.1探测器像元曝光顺序
3.4.2探测器像元的曝光时间
3.4.3不同读出模式下的探测器像元有效积累电荷
3.4.4相关参数对信号的影响
3.5斩波器曝光效率对信号的影响
3.5.1斩波器曝光效率
3.5.2斩波器曝光效率对探测单元信号的影响
3.5.3斩波器的同步定位
3.6本章小结
第四章 基于热释电型非制冷焦平面探测器的双波段热成像
4.1热电探测器的双波段热成像理论
4.1.1四状态调制斩波
4.1.2四状态调制条件下探测器温升变化分析
4.1.3四状态斩波器调制条件下的应用分析
4.2热电探测器的双波段成像实现
4.2.1双波段辐射调制
4.2.2调制滤波器的设计
4.3双波段热成像系统结构
4.3.1红外物镜
4.3.2调制滤波器
4.3.3斩波器
4.3.4电子学处理与控制系统
4.4本章小结
第五章 基于双波段红外图像的温度测量与温度图像
5.1双波段红外图像融合目的
5.1.1双波段红外图像的特点
5.1.2融合目的——红外双色探测、双波段测温与温度融合
5.2温度测量原理
5.2.1常规红外测温原理
5.2.2双波段测温原理
5.2.3基于热释电型焦平面探测器的双波段测温理论
5.2.4图像灰度值与温度之间的关系
5.3温度标定
5.3.1温度标定系统
5.3.2温度标定实验过程
5.3.3温度标定实验数据
5.3.4标定结果分析及相关问题
5.4本章小结
总结
本文主要完成工作
本文创新点
本文技术难点
需要改进之处
附录调制斩波器与调制滤波器设计软件
参考文献

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中图分类: > O43 > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学

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