《紅外熱成像與信號處理》是2011年國防工業出版社出版的圖書，作者是邢素霞。本書是根據在研發紅外熱成像系統中的遇到的關鍵問題以及在民用、交通、軍事上的實際需要編寫的。適用於從事紅外熱成像系統的科研工作人員、工程技術人員作為參考，也可供國防院校的研究生參考。
基本介紹
- 書名：紅外熱成像與信號處理
- 作者：邢素霞
- ISBN：9787118072785
- 頁數：160
- 定價：￥28.00
- 出版社：國防工業出版社
- 出版時間：2011-1-1
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
《紅外熱成像與信號處理》介紹了紅外熱成像的基本理論和信號處理中的關鍵技術。全書共分7章，主要內容包括：紅外輻射理論及對外熱成像作用距離的影響分析，非製冷探測器的探測原理及工作偏置對控測器性能的影響分析，紅外圖像的非均勻性校正，圖像增強技術，基於DSP/FPGA的信號處理電路開發的關鍵技術及紅外熱成像系統的性能評估。
圖書目錄
紅外熱成像與信號處理
第1章 緒論…………………………1
1.1 紅外熱成像系統的發展概況…………………………1
1.1.1 製冷型紅外熱成像技術…………………………2
1.1.2 非製冷紅外熱成像技術…………………………3
1.2 非製冷紅外熱成像技術發展優勢…………………………5
1.3 非製冷紅外熱成像技術的套用前景…………………………5
1.4 國內外非製冷熱成像技術發展差距與戰略對策…………………………6
第2章 紅外輻射理論…………………………8
2.1 紅外輻射及輻射源…………………………8
2.1.1 太陽輻射…………………………9
2.1.2 地球紅外輻射…………………………9
2.1.3 大氣熱輻射…………………………10
2.1.4 人工黑體…………………………10
2.1.5 人體熱輻射…………………………11
2.2 紅外輻射的基本理論…………………………13
2.2.1 透射、反射、吸收定律…………………………13
2.2.2 基爾霍夫定律…………………………14
2.2.3 普朗克定律…………………………15
2.2.4 維恩定律…………………………16
2.2.5 斯忒藩-玻耳茲曼定律…………………………17
2.2.6 紅外輻射源的光譜輻射效率…………………………17
2.2.7 目標與背景的輻射對比度…………………………17
2.2.8 光譜微分出射率(熱導數)…………………………19
2.2.9 實際物體的紅外輻射…………………………20
2.2.10 影響物體發射率的因素和變化規律…………………………21
2.3 紅外輻射的大氣傳輸特性…………………………22
2.3.1 地球的大氣層結構…………………………22
2.3.2 地球的大氣成分…………………………24
2.4 地球大氣與紅外輻射相互作用…………………………25
2.4.1 標準大氣模型…………………………25
2.4.2 地球大氣對紅外輻射的消光…………………………26
2.4.3 地球大氣對紅外輻射吸收…………………………27
2.4.4 地球大氣對紅外輻射的散射…………………………29
2.4.5 影響紅外輻射傳播的氣象條件…………………………31
2.5 紅外熱像儀的作用距離…………………………35
第3章 非製冷焦平面陣列探測原理…………………………37
3.1 非製冷焦平面探測原理與分類…………………………37
3.2 主要熱探測機制…………………………40
3.2.1 電阻型微測輻射熱計…………………………40
3.2.2 熱釋電探測器…………………………43
3.2.3 熱電偶探測器…………………………46
3.3 重要限制…………………………47
3.3.1 溫度波動噪聲限制…………………………47
3.3.2 背景波動噪聲限制…………………………48
3.4 微測輻射熱計的偏置效應…………………………51
3.5 微測輻射熱計的噪聲…………………………53
3.6 典型非製冷紅外焦平面陣列…………………………57
第4章 紅外圖像處理技術…………………………61
4.1 紅外圖像特點…………………………61
4.2 紅外圖像的非均勻性校正…………………………61
4.2.1 紅外圖像的非均勻性產生機理…………………………61
4.2.2 紅外圖像的非均勻性校正方法…………………………62
4.2.3 紅外圖像非均勻性校正算法評估與討論…………………………69
4.3 盲元檢測與補償…………………………75
4.3.1 盲元檢測…………………………75
4.3.2 盲元補償…………………………76
4.3.3 盲元檢測與補償算法評估…………………………76
4.4 紅外圖像增強…………………………78
4.4.1 紅外圖像直方圖…………………………79
4.4.2 直方圖均衡…………………………80
4.4.3 自適應分段線性變換…………………………81
4.4.4 離散小波變換紅外圖像增強方法…………………………83
4.4.5 圖像增強實驗…………………………84
第5章 基於DSP/FPGA的信號處理電路…………………………88
5.1 基於DSP/FPGA的信號處理電路總體設計…………………………88
5.2 驅動電路設計…………………………90
5.2.1 設計要求…………………………90
5.2.2 電路設計…………………………92
5.3 TEC溫控電路設計…………………………94
5.3.1 TEC溫度控制原理…………………………94
5.3.2 TEC溫度控制電路設計…………………………94
5.3.3 多溫度點TEC控制電路思想的提出…………………………97
5.3.4 自適應多溫度點控制電路設計…………………………98
5.3.5 溫度控制結果測試…………………………99
5.4 A/D數據採集電路…………………………100
5.4.1 電路設計要求…………………………100
5.4.2 電路設計與實現…………………………100
5.4.3 噪聲估計…………………………102
5.5 DSP功能模組…………………………102
5.5.1 VC33的工作模式選擇…………………………103
5.5.2 VC33的中斷觸發和對輸入信號的限制…………………………104
5.5.3 DMA數據傳輸…………………………105
5.5.4 VC33系統時鐘…………………………105
5.5.5 DSP的資源分配…………………………106
5.5.6 DSP程式設計…………………………107
5.5.7 程式初始化…………………………108
5.6 FPGA功能模組…………………………108
5.6.1 EP1C12的結構…………………………109
5.6.2 FPGA的配置…………………………110
5.6.3 時鐘系統…………………………110
5.6.4 基於流水線結構的實時信號處理…………………………112
5.6.5 視頻合成…………………………114
5.6.6 直方圖統計…………………………115
5.6.7 邏輯仲裁…………………………115
5.7 D/A數據轉換…………………………116
5.8 與PC的通信接口…………………………118
5.8.1 異步串列通信方案…………………………118
5.8.2 通信接口的實現…………………………119
5.8.3 通信模組軟體設計…………………………120
5.9 其他電路模組…………………………123
5.9.1 看門狗電路…………………………123
5.9.2 電源管理模組…………………………124
5.10 系統調試…………………………128
5.10.1 硬體調試…………………………128
5.10.2 軟體調試…………………………129
5.10.3 聯合調試與系統成像…………………………132
第6章 基於FPGA的信號處理…………………………135
6.1 基於FPGA的電路設計與工作原理…………………………135
6.2 FPGA晶片選擇…………………………137
6.3 NiosⅡ處理器…………………………138
6.3.1 NiosⅡ處理器的特性…………………………138
6.3.2 NiosⅡCPU核心…………………………139
6.3.3 AvAlon匯流排…………………………140
6.3.4 外設接口IP核…………………………141
6.3.5 HAL系統庫…………………………141
6.4 NiosII處理器系統功能配置…………………………142
6.5 基於NiosII的軟體設計…………………………144
6.5.1 實時信號處理係數計算…………………………144
6.5.2 圖形界面服務程式…………………………145
6.5.3 串口通信…………………………146
6.5.4 鍵盤服務程式…………………………147
第7章 紅外熱成像系統的質量評價…………………………148
7.1 噪聲等效溫差(NETD)…………………………148
7.2 最小可分辨溫差(MRTD)…………………………150
7.3 調製傳遞函式(MTF)…………………………151
7.4 信號傳遞函式(SiTF)…………………………153
7.5 光譜傳遞函式(SPTF)…………………………154
參考文獻…………………………155
第1章 緒論…………………………1
1.1 紅外熱成像系統的發展概況…………………………1
1.1.1 製冷型紅外熱成像技術…………………………2
1.1.2 非製冷紅外熱成像技術…………………………3
1.2 非製冷紅外熱成像技術發展優勢…………………………5
1.3 非製冷紅外熱成像技術的套用前景…………………………5
1.4 國內外非製冷熱成像技術發展差距與戰略對策…………………………6
第2章 紅外輻射理論…………………………8
2.1 紅外輻射及輻射源…………………………8
2.1.1 太陽輻射…………………………9
2.1.2 地球紅外輻射…………………………9
2.1.3 大氣熱輻射…………………………10
2.1.4 人工黑體…………………………10
2.1.5 人體熱輻射…………………………11
2.2 紅外輻射的基本理論…………………………13
2.2.1 透射、反射、吸收定律…………………………13
2.2.2 基爾霍夫定律…………………………14
2.2.3 普朗克定律…………………………15
2.2.4 維恩定律…………………………16
2.2.5 斯忒藩-玻耳茲曼定律…………………………17
2.2.6 紅外輻射源的光譜輻射效率…………………………17
2.2.7 目標與背景的輻射對比度…………………………17
2.2.8 光譜微分出射率(熱導數)…………………………19
2.2.9 實際物體的紅外輻射…………………………20
2.2.10 影響物體發射率的因素和變化規律…………………………21
2.3 紅外輻射的大氣傳輸特性…………………………22
2.3.1 地球的大氣層結構…………………………22
2.3.2 地球的大氣成分…………………………24
2.4 地球大氣與紅外輻射相互作用…………………………25
2.4.1 標準大氣模型…………………………25
2.4.2 地球大氣對紅外輻射的消光…………………………26
2.4.3 地球大氣對紅外輻射吸收…………………………27
2.4.4 地球大氣對紅外輻射的散射…………………………29
2.4.5 影響紅外輻射傳播的氣象條件…………………………31
2.5 紅外熱像儀的作用距離…………………………35
第3章 非製冷焦平面陣列探測原理…………………………37
3.1 非製冷焦平面探測原理與分類…………………………37
3.2 主要熱探測機制…………………………40
3.2.1 電阻型微測輻射熱計…………………………40
3.2.2 熱釋電探測器…………………………43
3.2.3 熱電偶探測器…………………………46
3.3 重要限制…………………………47
3.3.1 溫度波動噪聲限制…………………………47
3.3.2 背景波動噪聲限制…………………………48
3.4 微測輻射熱計的偏置效應…………………………51
3.5 微測輻射熱計的噪聲…………………………53
3.6 典型非製冷紅外焦平面陣列…………………………57
第4章 紅外圖像處理技術…………………………61
4.1 紅外圖像特點…………………………61
4.2 紅外圖像的非均勻性校正…………………………61
4.2.1 紅外圖像的非均勻性產生機理…………………………61
4.2.2 紅外圖像的非均勻性校正方法…………………………62
4.2.3 紅外圖像非均勻性校正算法評估與討論…………………………69
4.3 盲元檢測與補償…………………………75
4.3.1 盲元檢測…………………………75
4.3.2 盲元補償…………………………76
4.3.3 盲元檢測與補償算法評估…………………………76
4.4 紅外圖像增強…………………………78
4.4.1 紅外圖像直方圖…………………………79
4.4.2 直方圖均衡…………………………80
4.4.3 自適應分段線性變換…………………………81
4.4.4 離散小波變換紅外圖像增強方法…………………………83
4.4.5 圖像增強實驗…………………………84
第5章 基於DSP/FPGA的信號處理電路…………………………88
5.1 基於DSP/FPGA的信號處理電路總體設計…………………………88
5.2 驅動電路設計…………………………90
5.2.1 設計要求…………………………90
5.2.2 電路設計…………………………92
5.3 TEC溫控電路設計…………………………94
5.3.1 TEC溫度控制原理…………………………94
5.3.2 TEC溫度控制電路設計…………………………94
5.3.3 多溫度點TEC控制電路思想的提出…………………………97
5.3.4 自適應多溫度點控制電路設計…………………………98
5.3.5 溫度控制結果測試…………………………99
5.4 A/D數據採集電路…………………………100
5.4.1 電路設計要求…………………………100
5.4.2 電路設計與實現…………………………100
5.4.3 噪聲估計…………………………102
5.5 DSP功能模組…………………………102
5.5.1 VC33的工作模式選擇…………………………103
5.5.2 VC33的中斷觸發和對輸入信號的限制…………………………104
5.5.3 DMA數據傳輸…………………………105
5.5.4 VC33系統時鐘…………………………105
5.5.5 DSP的資源分配…………………………106
5.5.6 DSP程式設計…………………………107
5.5.7 程式初始化…………………………108
5.6 FPGA功能模組…………………………108
5.6.1 EP1C12的結構…………………………109
5.6.2 FPGA的配置…………………………110
5.6.3 時鐘系統…………………………110
5.6.4 基於流水線結構的實時信號處理…………………………112
5.6.5 視頻合成…………………………114
5.6.6 直方圖統計…………………………115
5.6.7 邏輯仲裁…………………………115
5.7 D/A數據轉換…………………………116
5.8 與PC的通信接口…………………………118
5.8.1 異步串列通信方案…………………………118
5.8.2 通信接口的實現…………………………119
5.8.3 通信模組軟體設計…………………………120
5.9 其他電路模組…………………………123
5.9.1 看門狗電路…………………………123
5.9.2 電源管理模組…………………………124
5.10 系統調試…………………………128
5.10.1 硬體調試…………………………128
5.10.2 軟體調試…………………………129
5.10.3 聯合調試與系統成像…………………………132
第6章 基於FPGA的信號處理…………………………135
6.1 基於FPGA的電路設計與工作原理…………………………135
6.2 FPGA晶片選擇…………………………137
6.3 NiosⅡ處理器…………………………138
6.3.1 NiosⅡ處理器的特性…………………………138
6.3.2 NiosⅡCPU核心…………………………139
6.3.3 AvAlon匯流排…………………………140
6.3.4 外設接口IP核…………………………141
6.3.5 HAL系統庫…………………………141
6.4 NiosII處理器系統功能配置…………………………142
6.5 基於NiosII的軟體設計…………………………144
6.5.1 實時信號處理係數計算…………………………144
6.5.2 圖形界面服務程式…………………………145
6.5.3 串口通信…………………………146
6.5.4 鍵盤服務程式…………………………147
第7章 紅外熱成像系統的質量評價…………………………148
7.1 噪聲等效溫差(NETD)…………………………148
7.2 最小可分辨溫差(MRTD)…………………………150
7.3 調製傳遞函式(MTF)…………………………151
7.4 信號傳遞函式(SiTF)…………………………153
7.5 光譜傳遞函式(SPTF)…………………………154
參考文獻…………………………155
