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第1章 绪论1

1.1 红外热成像系统的发展概况1

1.1.1 制冷型红外热成像技术2

1.1.2 非制冷红外热成像技术3

1.2 非制冷红外热成像技术发展优势5

1.3 非制冷红外热成像技术的应用前景5

1.4 国内外非制冷热成像技术发展差距与战略对策6

第2章 红外辐射理论8

2.1 红外辐射及辐射源8

2.1.1 太阳辐射9

2.1.2 地球红外辐射9

2.1.3 大气热辐射10

2.1.4 人工黑体10

2.1.5 人体热辐射11

2.2 红外辐射的基本理论13

2.2.1 透射、反射、吸收定律13

2.2.2 基尔霍夫定律14

2.2.3 普朗克定律15

2.2.4 维恩定律16

2.2.5 斯忒藩-玻耳兹曼定律17

2.2.6 红外辐射源的光谱辐射效率17

2.2.7 目标与背景的辐射对比度17

2.2.8 光谱微分出射率（热导数）19

2.2.9 实际物体的红外辐射20

2.2.10 影响物体发射率的因素和变化规律21

2.3 红外辐射的大气传输特性22

2.3.1 地球的大气层结构22

2.3.2 地球的大气成分24

2.4 地球大气与红外辐射相互作用25

2.4.1 标准大气模型25

2.4.2 地球大气对红外辐射的消光26

2.4.3 地球大气对红外辐射吸收27

2.4.4 地球大气对红外辐射的散射29

2.4.5 影响红外辐射传播的气象条件31

2.5 红外热像仪的作用距离35

第3章 非制冷焦平面阵列探测原理37

3.1 非制冷焦平面探测原理与分类37

3.2 主要热探测机制40

3.2.1 电阻型微测辐射热计40

3.2.2 热释电探测器43

3.2.3 热电偶探测器46

3.3 重要限制47

3.3.1 温度波动噪声限制47

3.3.2 背景波动噪声限制48

3.4 微测辐射热计的偏置效应51

3.5 微测辐射热计的噪声53

3.6 典型非制冷红外焦平面阵列57

第4章 红外图像处理技术61

4.1 红外图像特点61

4.2 红外图像的非均匀性校正61

4.2.1 红外图像的非均匀性产生机理61

4.2.2 红外图像的非均匀性校正方法62

4.2.3 红外图像非均匀性校正算法评估与讨论69

4.3 盲元检测与补偿75

4.3.1 盲元检测75

4.3.2 盲元补偿76

4.3.3 盲元检测与补偿算法评估76

4.4 红外图像增强78

4.4.1 红外图像直方图79

4.4.2 直方图均衡80

4.4.3 自适应分段线性变换81

4.4.4 离散小波变换红外图像增强方法83

4.4.5 图像增强实验84

第5章 基于DSP/FPGA的信号处理电路88

5.1 基于DSP/FPGA的信号处理电路总体设计88

5.2 驱动电路设计90

5.2.1 设计要求90

5.2.2 电路设计92

5.3 TEC温控电路设计94

5.3.1 TEC温度控制原理94

5.3.2 TEC温度控制电路设计94

5.3.3 多温度点TEC控制电路思想的提出97

5.3.4 自适应多温度点控制电路设计98

5.3.5 温度控制结果测试99

5.4 A/D数据采集电路100

5.4.1 电路设计要求100

5.4.2 电路设计与实现100

5.4.3 噪声估计102

5.5 DSP功能模块102

5.5.1 VC33的工作模式选择103

5.5.2 VC33的中断触发和对输入信号的限制104

5.5.3 DMA数据传输105

5.5.4 VC33系统时钟105

5.5.5 DSP的资源分配106

5.5.6 DSP程序设计107

5.5.7 程序初始化108

5.6 FPGA功能模块108

5.6.1 EP1C12的结构109

5.6.2 FPGA的配置110

5.6.3 时钟系统110

5.6.4 基于流水线结构的实时信号处理112

5.6.5 视频合成114

5.6.6 直方图统计115

5.6.7 逻辑仲裁115

5.7 D/A数据转换116

5.8 与PC的通信接口118

5.8.1 异步串行通信方案118

5.8.2 通信接口的实现119

5.8.3 通信模块软件设计120

5.9 其他电路模块123

5.9.1 看门狗电路123

5.9.2 电源管理模块124

5.10 系统调试128

5.10.1 硬件调试128

5.10.2 软件调试129

5.10.3 联合调试与系统成像132

第6章 基于FPGA的信号处理135

6.1 基于FPGA的电路设计与工作原理135

6.2 FPGA芯片选择137

6.3 NiosII处理器138

6.3.1 NiosII处理器的特性138

6.3.2 NiosII CPU内核139

6.3.3 Avalon总线140

6.3.4 外设接口IP核141

6.3.5 HAL系统库141

6.4 NiosII处理器系统功能配置142

6.5 基于NiosII的软件设计144

6.5.1 实时信号处理系数计算144

6.5.2 图形界面服务程序145

6.5.3 串口通信146

6.5.4 键盘服务程序147

第7章 红外热成像系统的质量评价148

7.1 噪声等效温差（NETD）148

7.2 最小可分辨温差（MRTD）150

7.3 调制传递函数（MTF）151

7.4 信号传递函数（SiTF）153

7.5 光谱传递函数（SPTF）154

参考文献155