自定義窗口的紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王明昌，樊養(yǎng)余，王 新

?

自定義窗口的紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王明昌1,2，樊養(yǎng)余1，王 新3

（1.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院，陜西 西安 710072；2.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009；3.火箭軍駐鄭州地區(qū)軍事代表室，河南 鄭州 450000）

紅外焦平面探測(cè)器已經(jīng)迅速成為紅外成像領(lǐng)域的主流器件。針對(duì)某些紅外跟蹤裝置模擬器需要使用諸如320×256、128×128、64×64等多種像元數(shù)的特殊要求，系統(tǒng)通過利用探測(cè)器自定義窗口工作模式的功能來滿足該需求。探測(cè)器偏置電壓由高精度電壓參考源實(shí)現(xiàn)，外圍電路采用低噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)，輸入輸出的數(shù)字信號(hào)均進(jìn)行光電隔離。系統(tǒng)以FPGA為核心，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器基本時(shí)序控制、窗口模式設(shè)置、數(shù)字視頻接口、RS422接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換和視頻顯示等功能，完成了自適應(yīng)非均勻性校正、自動(dòng)盲元剔除、圖像增強(qiáng)和灰度拉伸映射等算法，可以同時(shí)滿足觀測(cè)和算法驗(yàn)證等多種需求。

紅外成像；自定義窗口；FPGA；NUC

0 引言

當(dāng)前，紅外焦平面探測(cè)器技術(shù)日益成熟，廣泛應(yīng)用于對(duì)空、對(duì)地等軍事領(lǐng)域[1-2]。探測(cè)器常用的窗口模式為320×256、320×240和256×256，但在一些特殊的應(yīng)用中，如紅外跟蹤裝置模擬器，要求既能夠使用這些常用的模式，又能夠使用諸如128×128、64×64等窗口模式并實(shí)時(shí)成像。本文提出了針對(duì)這種應(yīng)用需求的紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 探測(cè)器簡(jiǎn)介

探測(cè)器選用法國Sofradir公司的HgCdTe探測(cè)器，工作波段為3.7～4.8mm，像元數(shù)為320×256，像元尺寸為30mm×30mm，斯特林制冷方式，NETD約為15mK。探測(cè)器的電氣信號(hào)接口包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，如圖1所示。

1.1 模擬信號(hào)

探測(cè)器模擬信號(hào)包括模擬電源、數(shù)字電源、偏置電壓、傳感器接口和模擬輸出接口。模擬電源、數(shù)字電源和偏置電壓的要求見表1。

探測(cè)器有兩組溫度傳感器接口（DTA1、DTK1）和（DTA2、DTK2），一路用于探測(cè)器制冷機(jī)判斷內(nèi)部制冷情況，一路用于成像系統(tǒng)判斷探測(cè)器是否完成制冷。DTA為傳感器正極，DTK為傳感器負(fù)極，DTA需要接25mA的電流源。OUTPUT1～OUTPUT4是探測(cè)器完成光電轉(zhuǎn)換后輸出的紅外圖像模擬信號(hào)。

圖1 探測(cè)器電氣接口示意圖

1.2 數(shù)字信號(hào)

探測(cè)器數(shù)字信號(hào)包括：MC（工作時(shí)鐘），是外部輸入給探測(cè)器的時(shí)鐘信號(hào)；INT（積分時(shí)間信號(hào)），用來確定探測(cè)器的積分時(shí)間（高電平有效）；DATAVALID（數(shù)據(jù)有效信號(hào)），表示探測(cè)器當(dāng)前輸出的模擬信號(hào)是否有效，信號(hào)為高電平時(shí)說明探測(cè)器輸出的模擬信號(hào)為實(shí)際的紅外圖像信號(hào)；NBOUT（輸出模式選擇信號(hào)），為高電平時(shí)表示探測(cè)器通過OUTPUT1～OUTPUT4四路信號(hào)并行輸出（缺省模式），為低電平時(shí)表示探測(cè)器僅通過OUTPUT1進(jìn)行輸出；增益模式選擇信號(hào)（GAIN），為高電平時(shí)探測(cè)器等效電容為2.1pF（缺省模式），為低電平時(shí)探測(cè)器等效電容為0.7pF；窗口模式設(shè)置信號(hào)，包括SIZEA、SIZEB、SCLK、SCLR、SDATA和ERROR等。

2 成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

紅外成像系統(tǒng)由光學(xué)、電路、軟件和結(jié)構(gòu)等部分組成[3]，本文主要介紹電路和軟件方面的設(shè)計(jì)。

成像電路是一個(gè)典型的模數(shù)混合電路，包括紅外探測(cè)器、偏置電路、電源和圖像處理等電路。探測(cè)器對(duì)電源和偏置電壓噪聲性能要求很高，電源噪聲較大時(shí)，圖像上會(huì)明顯的表現(xiàn)出各種噪聲點(diǎn)或者斜條紋，所以電源和偏置電壓的品質(zhì)直接影響圖像的質(zhì)量。

軟件主要包括非均勻性校正、自動(dòng)盲元剔除、圖像增強(qiáng)和灰度拉伸映射等算法的實(shí)現(xiàn)，主要目的是為了提高圖像質(zhì)量和改善人眼觀測(cè)的效果。

系統(tǒng)以FPGA為核心實(shí)現(xiàn)各種功能，基本工作流程為：上電后，F(xiàn)PGA從FLASH中讀取兩點(diǎn)校正系數(shù)、盲元列表等參數(shù)并存儲(chǔ)在與其相連的SDRAM中；FPGA檢測(cè)到探測(cè)器制冷完成后，系統(tǒng)向探測(cè)器提供電源和偏置電壓；FPGA向探測(cè)器（缺省工作在320×256模式）發(fā)送工作時(shí)鐘、積分時(shí)間等信號(hào)；FPGA檢測(cè)到探測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)有效信號(hào)為高電平時(shí)，啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片開始工作，將OUTPUT1～OUTPUT4等引腳輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并完成非均勻性校正、盲元替換、圖像增強(qiáng)和灰度拉伸映射等算法；FPGA通過RS422接口接收來自上位機(jī)的指令，完成自定義窗口模式切換等功能。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

成像系統(tǒng)硬件主要組成如圖2所示，包括二次電源單元、制冷機(jī)電源濾波單元、信號(hào)預(yù)處理及轉(zhuǎn)換單元、探測(cè)器接口及圖像處理單元。

圖2 成像系統(tǒng)組成框圖

2.2.1 二次電源單元

該單元將外部輸入的＋28V電源轉(zhuǎn)換為探測(cè)器所需的VDDA、VDDL以及制冷機(jī)所需的＋24V電源。探測(cè)器對(duì)電源要求很高，對(duì)于數(shù)字＋5V和模擬＋5V電源，電流較大，采用兩個(gè)低噪聲的三端穩(wěn)壓器LT1963-5 V實(shí)現(xiàn)，其10Hz～100kHz的RMS噪聲為20mV，能夠滿足使用要求[4]。由于＋28V到＋5V的壓降過大，所以先使用DC-DC隔離電源模塊HSA28S8將＋28V轉(zhuǎn)為＋8V后再給LT1963-5V供電。＋24V電源通過DC-DC隔離電源模塊HSA28S24由28V轉(zhuǎn)換得到。

2.2.2 制冷機(jī)電源濾波單元

該單元對(duì)＋24V電源和探測(cè)器的一對(duì)DTA、DTK信號(hào)進(jìn)行濾波后送給制冷機(jī)，以保證制冷機(jī)正常工作，同時(shí)隔離制冷電機(jī)對(duì)成像系統(tǒng)的干擾。

表1 探測(cè)器電源和偏置電壓要求

2.2.3 信號(hào)預(yù)處理及轉(zhuǎn)換單元

該單元將探測(cè)器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，選用AD公司的AD9240芯片。該芯片工作時(shí)序如圖3所示，使用＋5V單電源供電，最大采樣率為10MHz，轉(zhuǎn)換精度為14位，帶寬為90dB，具有良好的低噪聲性能，能夠滿足系統(tǒng)的要求。

圖3 AD9240工作時(shí)序圖

2.2.4 探測(cè)器接口及圖像處理單元

該單元是整個(gè)硬件的核心，包括探測(cè)器接口、時(shí)序控制和顯示電路等部分。

2.2.4.1 探測(cè)器接口部分

探測(cè)器接口部分提供探測(cè)器所需的偏置電壓。偏置電壓允許的波動(dòng)范圍在±0.005V之間，普通的線性電源無法滿足要求，采用高精度電壓參考源REF192并使用精密電阻分壓的方式來實(shí)現(xiàn)。為了避免數(shù)字信號(hào)對(duì)探測(cè)器模擬信號(hào)產(chǎn)生干擾，對(duì)MC、INT、DATAVALID、SIZEA、SIZEB、SCLK、SCLR、SDATA和ERROR等信號(hào)進(jìn)行了光電隔離，隔離芯片采用HCPL-0630型高速光耦。

2.2.4.2 時(shí)序控制部分

時(shí)序控制部分主要由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)[5]，選用Xilinx公司的XC5VFX70T芯片，F(xiàn)PGA對(duì)外的接口關(guān)系如圖4所示。Flash是用來存儲(chǔ)非均勻性校正系數(shù)、盲元列表等信息，系統(tǒng)上電后，校正系數(shù)、盲元列表等從FLASH中讀入到SDRAM存儲(chǔ)器中，用于非均勻性校正和盲元替換。

1）基本時(shí)序控制

探測(cè)器制冷完成后，F(xiàn)PGA產(chǎn)生探測(cè)器工作所需的工作時(shí)鐘和積分時(shí)間信號(hào)，接收探測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)有效指示信號(hào)，時(shí)序如圖5所示。積分時(shí)間信號(hào)為高電平時(shí)探測(cè)器工作在積分狀態(tài)，其下降沿必須同時(shí)鐘信號(hào)上升沿對(duì)齊，Ncol為列數(shù)，Nrow為行數(shù)。探測(cè)器輸出圖像的幀頻通過積分時(shí)間信號(hào)的周期時(shí)間來確定，系統(tǒng)可以接收上位機(jī)發(fā)來的指令來改變探測(cè)器工作的幀頻，例如320×256模式時(shí)幀頻為50Hz，128×128模式時(shí)幀頻為100Hz。

圖4 FPGA對(duì)外接口框圖

2）窗口模式設(shè)置

探測(cè)器使用SIZEA、SIZEB引腳的不同組合來對(duì)窗口模式進(jìn)行設(shè)置：SIZEA、SIZEB信號(hào)與窗口模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：(1,1)，320×256模式；(1,0)，320×240模式；(0,1)，256×256模式；(0,0)，320×256范圍內(nèi)的自定義窗口模式。

SCLR、SDATA和SCLK信號(hào)用來對(duì)探測(cè)器自定義窗口模式進(jìn)行必要的配置：SCLR復(fù)位記錄窗口坐標(biāo)信息的計(jì)數(shù)器，SDATA傳送窗口坐標(biāo)位置的相關(guān)信息，SCLK是最大頻率為10MHz的時(shí)鐘信號(hào)。自定義窗口模式的設(shè)置過程為：

①在固定窗口模式下（即320×256、320×240和256×256模式中的任意一種），探測(cè)器要至少輸出1幀圖像；

②在SCLK的第1個(gè)上升沿，將SCLR設(shè)置為高電平，保持一個(gè)SCLK周期后，再置為低電平；

圖5 探測(cè)器基本工作時(shí)序

③將SIZEA、SIZEB設(shè)置為自定義窗口模式，即（0,0）；

④發(fā)送SDATA數(shù)據(jù)序列，該序列必須在DATAVALID信號(hào)下降沿和INT信號(hào)的上升沿之間進(jìn)行發(fā)送；

⑤檢測(cè)ERROR信號(hào)，如果為低電平，表明已設(shè)置成功；如果為高電平，表明設(shè)置失敗，需要重新進(jìn)行設(shè)置。

探測(cè)器焦平面坐標(biāo)系定義如圖6所示，假設(shè)自定義窗口是由、兩點(diǎn)確定的矩形窗口，兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(X,Y)，(X,Y)。進(jìn)行窗口模式設(shè)置時(shí)，假設(shè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為MIN、MIN，點(diǎn)的數(shù)據(jù)為MAX、MAX，則在方向，Y＝MIN（0≤MIN≤255），Y＝MAX（MIN≤MAX≤255）。在方向，對(duì)于一路輸出模式，X＝MIN（MIN＝4，0≤≤64）；X＝MAX（MIN＋64≤MAX≤319）；對(duì)于四路輸出模式，X＝4×MIN（0≤MIN≤64）；X＝4×MAX－1（MIN＋16≤MAX≤80）。

圖6 探測(cè)器坐標(biāo)系定義

窗口坐標(biāo)序列的傳送順序?yàn)镸IN，MAX，MIN和MAX，每個(gè)坐標(biāo)值按照先高位后低位的順序進(jìn)行發(fā)送。MIN和MAX分別為8bit；探測(cè)器為四路輸出時(shí)，MIN和MAX分別為7bit；為一路輸出時(shí)，MIN和MAX分別為9bit。

例如，探測(cè)器工作在1路輸出模式，如果以探測(cè)器窗口中心的128×128范圍內(nèi)進(jìn)行開窗，中心點(diǎn)的坐標(biāo)為(159,127)，點(diǎn)的坐標(biāo)為(95,63)，點(diǎn)的坐標(biāo)為(223,191)，則MIN＝95，MIN＝63，MAX＝223，MAX＝191。在進(jìn)行窗口設(shè)置時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)依次為00111111，10111111，001011111，011011111，設(shè)置數(shù)據(jù)應(yīng)在DATAVALID信號(hào)的下降沿和INT信號(hào)的上升沿之間進(jìn)行發(fā)送，時(shí)序如圖7所示（探測(cè)器已輸出一幀以上的圖像）。

3）RS422接口

成像系統(tǒng)通過RS422接口完成與上位機(jī)之間的通信，系統(tǒng)從上位機(jī)接收的指令包括非均勻性校正、盲元標(biāo)定、自定義窗口等。

圖7 探測(cè)器自定義窗口模式設(shè)置時(shí)序圖

2.2.4.3 顯示電路

顯示電路的主要功能是將處理后的紅外圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)會(huì)為適合監(jiān)視器顯示的模擬視頻信號(hào)，以便于實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行觀測(cè)，電路框圖如圖8所示。

圖8 模擬顯示電路框圖

為了緩存用于顯示的圖像數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA外接一個(gè)FIFO，選用AverLogic公司的AL422B，存儲(chǔ)容量為3Mbit，可以存儲(chǔ)一幀以上圖像的完整信息。

系統(tǒng)選用AD公司的ADV7122，該芯片為專用的視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，主要信號(hào)包括3組10位的數(shù)字視頻輸入信號(hào)，復(fù)合同步信號(hào)SYNC，消隱信號(hào)BLANK和時(shí)鐘信號(hào)CLOCK等，外接一個(gè)1.235V的參考電壓，采用高阻電流源的方式輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)75W同軸電纜。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 非均勻性校正

兩點(diǎn)校正算法是當(dāng)前工程中應(yīng)用最為廣泛的非均勻性校正算法，該算法的使用前提是探測(cè)器的輸出具有良好的線性度和時(shí)間穩(wěn)定性，探測(cè)器在一定的響應(yīng)范圍和工作時(shí)間內(nèi)都能夠滿足這兩個(gè)要求[6]。兩點(diǎn)校正公式為：

Y＝AX＋B(1)

式中：X為探測(cè)器像元的原始輸出；Y為經(jīng)過校正后的輸出；A為增益系數(shù)；B為偏置系數(shù)。校正過程為：

1）計(jì)算單元響應(yīng)

2）校正系數(shù)計(jì)算公式為：

2.3.2 自動(dòng)盲元剔除算法

紅外探測(cè)器中存在著對(duì)外界輻射響應(yīng)過高、過低或者沒有響應(yīng)的盲元[7]。為了保證圖像質(zhì)量，紅外成像系統(tǒng)出廠前都要標(biāo)定盲元，并使用鄰域灰度的平均值進(jìn)行替代。但是受到工藝水平的限制，探測(cè)器經(jīng)過較長時(shí)間貯存后，會(huì)產(chǎn)生以孤立盲元為主的新生盲元。如果不剔除這些盲元，圖像質(zhì)量必然下降。因此，系統(tǒng)在出廠時(shí)進(jìn)行盲元標(biāo)定的基礎(chǔ)上，采用了自動(dòng)盲元剔除算法。

自動(dòng)盲元剔除算法是利用盲元的“惰性”，即在實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的若干時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)圖像內(nèi)容因場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，盲元不會(huì)隨之發(fā)生變化的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。算法首先對(duì)圖像是否運(yùn)動(dòng)進(jìn)行判斷，把圖像分成×（如32×32）大小的區(qū)域并計(jì)算均值，統(tǒng)計(jì)相鄰兩幀圖像中對(duì)應(yīng)區(qū)域的均值差大于閾值的區(qū)域總數(shù)，如果超過了規(guī)定的門限，則判定圖像發(fā)生了運(yùn)動(dòng)。如果某個(gè)像元在連續(xù)若干幀圖像中均滿足如下條件：為×鄰域（如16×16）的局部極值，與鄰域內(nèi)其它像元灰度均值差的絕對(duì)值大于設(shè)定閾值，并且鄰域中不存在與該像元灰度相接近的像元，則判定該像元為盲元。

使用自動(dòng)盲元剔除算法對(duì)比效果如圖9所示，可以看出，算法能夠有效檢測(cè)并剔除新增的孤立盲元。

圖9 自動(dòng)盲元剔除算法使用前后對(duì)比

2.3.3 圖像增強(qiáng)算法

由于光學(xué)系統(tǒng)等因素的影響，紅外圖像邊緣會(huì)出現(xiàn)模糊的情況[8]。為了改善圖像的視覺效果，提高清晰度，系統(tǒng)采用了自適應(yīng)高通濾波加權(quán)平均增強(qiáng)算法，將原始圖像與高頻分量加權(quán)平均，以達(dá)到增強(qiáng)邊緣的效果。使用的高通濾波模板如圖10所示，將模板與原始圖像進(jìn)行卷積后可以得到圖像的高頻分量。

－1－1－1 －18－1 －1－1－1

圖像增強(qiáng)算法的計(jì)算公式為：

f,j￠＝[32f,j＋(8f,j－f－1,j－1－f－1,j－f－1,j＋1－f,j－1－

f,j＋1－f＋1,j－1－f＋1,j－f＋1,j＋1)]/32 (3)

式中：f, j￠為增強(qiáng)后的像素灰度值；f,j為像素點(diǎn)及其8鄰域范圍內(nèi)像素點(diǎn)的原始圖像灰度；為加權(quán)系數(shù)。圖像增強(qiáng)前后的對(duì)比如圖11所示。

圖11 圖像增強(qiáng)前后效果對(duì)比

2.3.4 灰度拉伸映射算法

經(jīng)過各種算法處理完后的紅外數(shù)字圖像通過模擬顯示電路轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號(hào)后，在監(jiān)視器上進(jìn)行顯。但紅外圖像存在對(duì)比度弱的缺點(diǎn)[9]，圖12的紅外圖像灰度分布范圍僅為7940～8120，直接取圖像高8位進(jìn)行顯示的結(jié)果如圖12(a)所示，無法分辨場(chǎng)景。因此系統(tǒng)采用了自適應(yīng)的灰度拉伸映射算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以改善圖像的顯示效果。

算法中設(shè)置需要統(tǒng)計(jì)的像素上下限的比例為，取值范圍一般在1%～5%，算法的流程為：統(tǒng)計(jì)得到圖像灰度拉伸的上限值h和下限值l，h值的滿足條件：圖像中灰度大于h的像元總數(shù)占圖像總像元數(shù)的比例等于。l值滿足條件：圖像中灰度小于l的像元總數(shù)占圖像總像元數(shù)的比例等于；對(duì)圖像每個(gè)像元進(jìn)行灰度映射，如果灰度大于h則映射為255，如果灰度小于l，則映射為0，h和l之間的像元映射為：out＝(out－l)×255/(h－l)。

使用灰度拉伸映射前后圖像的效果對(duì)比如圖12所示。

圖12 灰度拉伸映射前后效果對(duì)比

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

系統(tǒng)調(diào)試完成后，通過試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)主要包括NETD測(cè)試、實(shí)際場(chǎng)景成像試驗(yàn)和自定義窗口模式試驗(yàn)。

在25℃和30℃黑體條件下，系統(tǒng)NETD測(cè)試結(jié)果為24mK，表明系統(tǒng)性能良好；對(duì)實(shí)際場(chǎng)景的成像和顯示效果均良好。

對(duì)自定義窗口模式的測(cè)試方法為，通過上位機(jī)軟件向成像系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令，系統(tǒng)接收到指令后進(jìn)行模式和幀頻切換，針對(duì)320×256（50Hz）、320×240（50Hz）、256×256（50Hz）、128×128（100Hz）、64×64（100Hz）等多種窗口模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)均能夠正常工作。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)利用探測(cè)器的自定義窗口的工作模式，采用低噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)，以FPGA為核心，實(shí)現(xiàn)了非均勻性校正、自動(dòng)盲元剔除、圖像增強(qiáng)和灰度拉伸映射等算法，具有圖像質(zhì)量良好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠滿足紅外跟蹤裝置模擬器等某些特殊設(shè)備的應(yīng)用需求。

[1] 李春來, 林春, 陳小文, 等. 星載長波紅外焦平面成像系統(tǒng)[J]. 紅外與激光工程, 2012, 41(9): 2253-2260.

LI Chunlai, LIN Chun, CHEN Xiaowen, et al. Space-borne LWIR FPA imaging system[J]., 2012, 41(9): 2253-2260.

[2] 陶亮, 趙勁松, 劉傳明, 等. 高可靠性紅外熱像儀的設(shè)計(jì)方法[J]. 紅外技術(shù), 2014, 36(12): 941-948.

TAO Liang, ZHAO Jinsong, LIU Chuanming, et al. Design methods of high reliability thermal imagers[J]., 2014, 36(12): 941-948.

[3] 王華偉, 曹劍中, 馬彩文, 等. 具有自適應(yīng)校正功能的紅外成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 紅外與激光工程, 2014, 43(1): 61-66.

WANG Huawei, CAO Jianzhong, Ma Caiwen, et al. Design of infrared imaging system with adaptive correction function[J]., 2014, 43(1): 61-66.

[4] 張鈺, 鄧希寧, 高旭輝. 基于空間應(yīng)用的紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[J]. 激光與紅外, 2015, 45(2): 150-152.

ZHANG Yu, DENG Xining, GAO Xuhui. Design of infrared detector driver circuit for space applications[J]., 2015, 45(2): 150-152.

[5] 劉萬成, 唐樹威. 基于FPGA實(shí)現(xiàn)的IRFPA探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J]. 光電技術(shù)應(yīng)用, 2014, 29(1): 65-67.

LIU Wancheng, TANG Shuwei. Design of drive circuit of infrared focal plane array detector based on field-programmable gate array[J]., 2014, 29(1): 65-67.

[6] 張紅輝, 羅海波, 余新榮, 等. 多點(diǎn)標(biāo)定的自適應(yīng)非均勻性校正方法[J]. 紅外與激光工程, 2014, 43(11): 61-66.

ZHANG Honghui, LUO Haibo, YU Xinrong, et al. Adaptive non-uniformity correction algorithm based on multi-point correction[J]., 2014, 43(11): 61-66.

[7] 陳寶國, 樊養(yǎng)余, 王巍. 紅外焦平面陣列盲元判據(jù)的相關(guān)性研究[J]. 激光與紅外, 2013, 43(2): 186-189.

CHEN Baoguo, FAN Yangyu, WANG Wei. Research on relations among defective element criterions of IRFPA[J]., 2013, 43(2): 186-189.

[8] 武治國, 王延杰. 一種基于直方圖非線性變換的圖像對(duì)比度增強(qiáng)方法[J]. 光子學(xué)報(bào), 2010, 39(4): 755-758.

WU Zhiguo, WANG Yanjie. An image enhancement algorithm based on histogram nonlinear transform[J]., 2010, 39(4): 755-758.

[9] 楊磊. 多段線性拉伸增強(qiáng)算法及其FPGA實(shí)現(xiàn)[J]. 紅外技術(shù), 2013, 35(10):642-645.

YANG Lei. Research on multi-segment linear stretch algorithm and its FPGA implementation[J]., 2013, 35(10): 642-645.

Infrared Image System Design of User-defined Window

WANG Mingchang1,2，F(xiàn)AN Yangyu1，WANG Xin3

(1.,,710072,; 2.,471009,; 3.,450000,)

IRFPA is becoming the leading device in theinfrared domain rapidly. Some tracker simulators need to use special image pixels, such as 320×256, 128×128 and 64×64. This paper proposes a method which uses the detector’s user-defined window mode to satisfy this requirement. It uses precision voltage reference to realize the bias voltage, and uses low noise technology to design the peripheral circuit. All the digital input and output signals are insulated by HCPL0630. It uses FPGA as a core to realize functions of interface control, user-defined window mode, digital video interface, RS422, analog to digital conversion, video display and algorithms of NUC, and automatically dead pixel elimination. It can be used in many fields, such as monitoring and algorithm proving.

infrared image，self-defined window，F(xiàn)PGA，NUC

TN919.3

A

1001-8891(2016)07-0550-06

2016-01-22；

2016-03-04.

王明昌（1977-），男，河南洛陽人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事紅外成像技術(shù)的研究。E-mail：wang_mc@126.com。