CN205123883U - 一种基于InGaAs探测器的短波红外成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型的基于InGaAs探测器的短波红外成像***，包括：用于获取短波红外光辐射并聚焦的光学***，将光学***聚焦后的短波红外光辐射转换成电信号的短波红外探测器，与短波红外探测器的输出端相连接且对短波红外探测器产生的电信号放大并数字化处理的信号处理模块，以及与信号处理模块的输出端相连接且将信号处理模块输出的图像信号进行输出显示的显示模块。本实用新型由于短波红外的独特光谱效应，不仅使得该***能在雾霾、雨天或夜晚等能见度低的条件下有好的成像效果，适应能力强，还实现了远距离监控成像，提高了InGaAs探测器的夜视效果，实现了全天候自适应实时监控。

Description

一种基于InGaAs探测器的短波红外成像***

技术领域

本实用新型涉及一种基于InGaAs探测器的短波红外成像***，属于光电成像技术领域。

背景技术

目前常见监控设备有可见光、微光以及长波红外***，可见光夜间成像效果差，需要加激光器补光照明，但激光会对人体造成一定的伤害；微光成像对比度差，瞬间动态范围差、高增益时有闪烁现象；长波红外热成像依靠目标与背景辐射产生图像，只敏感于目标场景的辐射，而对场景亮度变化不敏感，因此分辨率低；以上几种设备在雾天成像效果均一般。短波红外是红外探测领域的重要应用波段，它的成像波段在0.9-1.7μm，处于三个大气窗口中的一个，许多物体在此波段下都有独特的光谱效应，特别在雾霾、雨天或夜晚等能见度较低的条件下，短波红外成像有其独特的优势。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种基于InGaAs探测器的短波红外成像***，由于短波红外的独特光谱效应，不仅使得该***能在雾霾、雨天或夜晚等能见度低的条件下有好的成像效果，适应能力强，还实现了远距离监控成像，提高了InGaAs探测器的夜视效果，实现了全天候自适应实时监控。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于InGaAs探测器的短波红外成像***，包括：

用于获取短波红外光辐射并聚焦的光学***，

将光学***聚焦后的短波红外光辐射转换成电信号的短波红外探测器，

与短波红外探测器的输出端相连接且对短波红外探测器产生的电信号放大并数字化处理的信号处理模块，以及

与信号处理模块的输出端相连接且将信号处理模块输出的图像信号进行输出显示的显示模块；

所述信号处理模块包括模拟信号调理电路、A/D转换电路、逻辑时序控制电路、电压驱动电路以及主控电路，所述模拟信号调理电路与短波红外探测器的输出端相连接并对短波红外探测器输出的信号进行跟随、滤波、增益和幅度调整，A/D转换电路与模拟信号调理电路的输出端相连接且对调理后的模拟信号进行模数转换，A/D转换电路的输出端与逻辑时序控制电路相连接将转换后的数字信号传输至逻辑时序控制电路，逻辑时序控制电路通过电压驱动电路为短波红外探测器提供偏置电压，逻辑时序控制电路的驱动输出端分别连接到模拟信号调理电路和A/D转换电路为其提供驱动，主控电路通过RS232接口与逻辑时序控制电路相连接对***进行通信控制，逻辑时序控制电路的信号输出端与显示模块相连接。

根据本实用新型优选的，所述信号处理模块还包括视频D/A转换器，逻辑时序控制电路的信号输出端通过视频D/A转换器与显示模块相连接将视频信号传输至显示模块。

根据本实用新型优选的，所述逻辑时序控制电路包括NIOSⅡ处理器，完成整个***时序控制和逻辑控制的FPGA，用于运行NIOSⅡ程序并存储临时变量和中间数据的DDR，以及用于存储FPGA配置信息、NIOSⅡ程序、非均匀性校正系数和需要掉电保存的数据的串行配置芯片EPCS，所述DDR和串行配置芯片EPCS均与FPGA相连接。

根据本实用新型优选的，所述光学***为机械式负组补偿变焦的透镜组。

根据本实用新型优选的，所述短波红外探测器为320×256的InGaAs二维焦平面列阵探测器，像元尺寸为30μm×30μm，工作波段为0.9-1.7μm。

根据本实用新型优选的，所述显示模块为显示器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型由于短波红外的独特光谱效应，不仅使得该***能在雾霾、雨天或夜晚等能见度低的条件下有好的成像效果，适应能力强，还实现了远距离监控成像，提高了InGaAs探测器的夜视效果，实现了全天候自适应实时监控，对巩固国防、维护国家安全、加强社会治安、交通及油田安全监控及突发、***、刑事案件的预测、预防、预警、调查取证等的应急处理发挥重要作用。

附图说明

图1为本实用新型的短波红外成像***的原理示意图。

图2为本实用新型的短波红外成像***的结构示意图。

图3为本实用新型的短波红外成像***的数据处理流程图。

图中，1、光学***，2、短波红外探测器，3、信号处理模块，4、显示模块，31、模拟信号调理电路，32、A/D转换电路，33、逻辑时序控制电路，34、电压驱动电路，35、主控电路，36、视频D/A转换器。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的基于InGaAs探测器的短波红外成像***，包括：用于获取短波红外光辐射并聚焦的光学***1，将光学***聚焦后的短波红外光辐射转换成电信号的短波红外探测器2，与短波红外探测器的输出端相连接且对短波红外探测器产生的电信号放大并数字化处理的信号处理模块3，以及与信号处理模块的输出端相连接且将信号处理模块输出的图像信号进行输出显示的显示模块4。所述光学***1采用机械式负组补偿变焦的透镜组，能实现10倍连续变焦，结构紧凑；镜头采用短波红外连续变焦技术，在变焦过程中图像时时清晰，既能大视场搜索目标、又能小视场仔细观察目标，并且在变焦过程中不会丢失目标信息。镜头使用了非球面，保证了优良的像质，且降低了生产成本；所有镜片均镀有可见光增透膜，以增加透光率。所述短波红外探测器2采用320×256的InGaAs二维焦平面列阵探测器，像元尺寸为30μm×30μm，工作波段为0.9-1.7μm；短波红外探测器中每个读出电路包括CTIA积分器、采样保持电路、输出级、数字逻辑控制和偏置电压生成等模块，单路输出模拟视频信号；所述读出电路的工作模式为先积分后读出模式，一个时钟周期读出2个信号，时钟周期是0.5-5MHz，实现1-10MHz的读出频率，为实现25Hz的视频流采集，***采用的读出频率为6MHz。所述显示模块4为显示器。

其中，信号处理模块3，如图2所示，包括模拟信号调理电路31、A/D转换电路32、逻辑时序控制电路33、电压驱动电路34以及主控电路35，所述模拟信号调理电路31与短波红外探测器2的输出端相连接并对短波红外探测器输出的信号进行跟随、滤波、增益和幅度调整，以满足A/D转换电路2的输入动态范围。A/D转换电路32与模拟信号调理电路31的输出端相连接且对调理后的模拟信号进行16bit模数转换，A/D转换电路32的输出端与逻辑时序控制电路33相连接将转换后的数字信号传输至逻辑时序控制电路。逻辑时序控制电路33是整个***的时序控制核心，产生短波红外探测器的驱动时序和其他电路模块所需要的控制时序，并完成图像数据的实时预处理，包括非均匀性校正（盲元校正）、图像增强和伽马校正等等，还能对外提供控制和通信接口。逻辑时序控制电路33通过电压驱动电路34为短波红外探测器2提供偏置电压，逻辑时序控制电路33的驱动输出端分别连接到模拟信号调理电路31和A/D转换电路32为其提供驱动，主控电路35通过RS232接口与逻辑时序控制电路33相连接对***进行通信控制，逻辑时序控制电路33的信号输出端通过视频D/A转换器36与显示模块4相连接将视频信号传输至显示模块，显示模块4将数据处理编码后的数据以PAL制式输出。

逻辑时序控制电路33包括NIOSⅡ处理器，完成整个***时序控制和逻辑控制的FPGA，用于运行NIOSⅡ程序并存储临时变量和中间数据的DDR，以及用于存储FPGA配置信息、NIOSⅡ程序、非均匀性校正系数和需要掉电保存的数据的串行配置芯片EPCS，所述DDR和串行配置芯片EPCS均与FPGA相连接。逻辑时序控制电路33中的各硬件模块用VERILOGHDL语言编写，挂接在AVALON总线上，由NIOSⅡ处理器调度，并完成各模块间的数据交换。采用SOPC设计方法开发红外焦平面机芯组件，除模数转换（A/D）和数模转换（D/A）外，所有的数字信号处理都在FPGA内完成，包括为***提供工作所需的所有时序，完成非均匀校正，产生同步信号，控制图像信号的模拟与数字输出，实现对外接口，同时在视频信号中***有用的文字信息。外部控制命令通过异步收发器UART送入NIOSⅡ处理器，由NIOSⅡ处理器完成各硬件模块的配置和***管理功能。

***上电后，FPGA从串行配置芯片EPCS中读入配置信息，完成FPGA硬件配置，并将程序代码从串行配置芯片EPCS转移到DDR中运行，短波红外探测器2在偏置电压和驱动脉冲作用下输出模拟信号，经模拟信号调理电路31进入A/D转换电路32，转换后的数字信号送给FPGA，经过非均匀性校正（盲元校正）、图像增强和伽马校正等处理后再送给视频D/A转换器36输出PLA制式的模拟视频信号，经显示屏4将图像显示出来。本实用新型的数据处理流程图如图3所示。

以上仅描述了本实用新型的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述作出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于InGaAs探测器的短波红外成像***，其特征在于，包括：

用于获取短波红外光辐射并聚焦的光学***（1），

将光学***聚焦后的短波红外光辐射转换成电信号的短波红外探测器（2），

与短波红外探测器的输出端相连接且对短波红外探测器产生的电信号放大并数字化处理的信号处理模块（3），以及

与信号处理模块的输出端相连接且将信号处理模块输出的图像信号进行输出显示的显示模块（4）；

所述信号处理模块（3）包括模拟信号调理电路（31）、A/D转换电路（32）、逻辑时序控制电路（33）、电压驱动电路（34）以及主控电路（35），所述模拟信号调理电路（31）与短波红外探测器（2）的输出端相连接并对短波红外探测器输出的信号进行跟随、滤波、增益和幅度调整，A/D转换电路（32）与模拟信号调理电路（31）的输出端相连接且对调理后的模拟信号进行模数转换，A/D转换电路（32）的输出端与逻辑时序控制电路（33）相连接将转换后的数字信号传输至逻辑时序控制电路，逻辑时序控制电路（33）通过电压驱动电路（34）为短波红外探测器（2）提供偏置电压，逻辑时序控制电路（33）的驱动输出端分别连接到模拟信号调理电路（31）和A/D转换电路（32）为其提供驱动，主控电路（35）通过RS232接口与逻辑时序控制电路（33）相连接对***进行通信控制，逻辑时序控制电路（33）的信号输出端与显示模块（4）相连接。

2.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于：所述信号处理模块（3）还包括视频D/A转换器（36），逻辑时序控制电路（33）的信号输出端通过视频D/A转换器（36）与显示模块（4）相连接将视频信号传输至显示模块。

3.根据权利要求1或2所述的成像***，其特征在于：所述逻辑时序控制电路（33）包括NIOSⅡ处理器，完成整个***时序控制和逻辑控制的FPGA，用于运行NIOSⅡ程序并存储临时变量和中间数据的DDR，以及用于存储FPGA配置信息、NIOSⅡ程序、非均匀性校正系数和需要掉电保存的数据的串行配置芯片EPCS，所述DDR和串行配置芯片EPCS均与FPGA相连接。

4.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于：所述光学***（1）为机械式负组补偿变焦的透镜组。

5.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于：所述短波红外探测器（2）为320×256的InGaAs二维焦平面列阵探测器，像元尺寸为30μm×30μm，工作波段为0.9-1.7μm。

6.根据权利要求1所述的成像***，其特征在于：所述显示模块（4）为显示器。