【摘要】：紅外熱成像技術(shù)是當(dāng)今夜視技術(shù)的重要組成部分。非制冷紅外成像儀憑借其體積小、重量輕、容易便攜等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為當(dāng)今紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)視覺蓬勃發(fā)展的今天,非制冷紅外成像技術(shù)將會(huì)承擔(dān)更多的目標(biāo)探測(cè)功能。非制冷紅外成像儀的核心部件為非制冷紅外焦平面陣列及其讀出電路,其中讀出電路主要是完成焦平面像元電學(xué)特性變化的轉(zhuǎn)換、放大、采樣、輸出等功能。根據(jù)非制冷紅外熱成像技術(shù)的基本原理,本文首先介紹了紅外熱成像理論,為讀出電路的設(shè)計(jì)與分析提供理論基礎(chǔ)。本文所提出的讀出電路由偏置電路模塊、CTIA積分放大模塊、采樣保持模塊和時(shí)序控制模塊組成。在對(duì)比了電壓偏置與電流偏置兩類偏置方式后,本文選擇了線性范圍更大的電流偏置方式作為讀出電路的偏置電路。本文還分析了5種積分放大電路的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍,最后選擇了電容反饋跨阻放大器(CTIA)作為讀出電路的積分放大模塊。為了抑制讀出電路輸出信號(hào)所含有的低頻噪聲,本文采用了基于相關(guān)雙采樣策略的采樣保持電路。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了此讀出電路的可行性。本文還對(duì)所設(shè)計(jì)的讀出電路進(jìn)行噪聲分析。在改變偏置電流大小、積分時(shí)間長(zhǎng)短的情況下分析了系統(tǒng)性能。為實(shí)際工程中電路相關(guān)參數(shù)的選擇提供了理論基礎(chǔ),針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的幀率、輸出強(qiáng)度、溫度分辨率選擇合理的電路參數(shù)。本文對(duì)非制冷紅外焦平面陣列像元響應(yīng)的非均勻性進(jìn)行了分析,介紹了兩類常用的校正方法,并提出了基于偏置電流的非制冷焦平面非均勻性校正方法,完成對(duì)像元初始阻值和吸收效率差異的校正。對(duì)校正方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN21
【圖文】：

會(huì)困難重重（Leathers 等，2005，2006；Fischer 等 2007），因此研究和設(shè)計(jì)高性能的讀出電路是從根本上提高系統(tǒng)整體性能的有效途徑。由于紅外成像技術(shù)在軍事上應(yīng)用廣泛，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家將高性能、高分辨率的紅外成像系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)嚴(yán)格保密，因此設(shè)計(jì)擁有自主產(chǎn)權(quán)的讀出電路也顯得十分必要。由于讀出電路需要將微弱的電學(xué)信號(hào)有效放大讀出，這也為其他場(chǎng)景所需要的高性能微弱信號(hào)讀出電路（徐斌，2010）的設(shè)計(jì)提供思路。1.2 紅外成像技術(shù)概況紅外成像系統(tǒng)是指能對(duì)外界紅外輻射強(qiáng)度做出響應(yīng)，并用于成像的儀器，由能對(duì)紅外輻射產(chǎn)生響應(yīng)的二維傳感器陣列以及信號(hào)讀出電路構(gòu)成，前者即紅外焦平面陣列，其中的傳感器被稱為響應(yīng)像元或像元，后者即讀出電路。其原理和組成部分如圖 1.1 所示。

非制冷紅外焦平面陣列信號(hào)讀出電路設(shè)計(jì)與分析易競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。2005 年該公司推出了三款不同型號(hào)的熱像儀芯片：SIM500L（像元中心距 46μm，像元數(shù) 160×120）、SIM500H（像元中心距 28μm，像元數(shù) 320×240）和 SIM500X（像元中心距 28μm，像元數(shù) 640×480）。2009 年 BAE 在 17μm小像元制備上取得突破，像元擴(kuò)展至 1024×768，噪聲等效溫差不大于 35mK。位于智利拉帕納天文臺(tái)的 VISTA 天文望遠(yuǎn)鏡裝配的超大規(guī)模焦平面陣列高達(dá) 8192×8192，該焦平面由 16 塊 2048×2048 碲鎘汞材料焦平面陣列拼接而成（Rogalski，2011），如圖 1.2（a）。雷神公司也有類似的拼接產(chǎn)品（唐明，2012），如圖 1.2（b）。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步以及制作工藝的不斷發(fā)展，近年來(lái)紅外成像技術(shù)發(fā)展越來(lái)越多樣化，像元規(guī)模也越來(lái)越大，同時(shí)像元中心距也越來(lái)越�。‵raenkel 等，2006）。研制單位更充分地考慮產(chǎn)品地應(yīng)用需求以及自身

緒論電路來(lái)滿足。路的結(jié)構(gòu)是把成像系統(tǒng)中處理電學(xué)信號(hào)以及光熱轉(zhuǎn)換中各種電路，其基本功能是對(duì)紅外焦平面陣列信號(hào)的轉(zhuǎn)換器或者顯示器端口。ROIC 一般是 CMOS 工藝（Vin外成像系統(tǒng)中讀出電路一般與焦平面陣列聯(lián)結(jié)或者nt 等，2015）。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

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3 耿靖斌;320×240規(guī)模非制冷紅外焦平面陣列讀出電路設(shè)計(jì)[D];北京交通大學(xué);2010年

4 徐斌;微弱信號(hào)傳感器讀出電路設(shè)計(jì)[D];華東師范大學(xué);2010年

5 姜瑾;基于標(biāo)定的紅外探測(cè)器非均勻校正算法研究[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2774502