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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