一種紅外熱成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種紅外熱成像系統(tǒng)，包括：紅外探測(cè)器；阻抗變換電路，用于緩沖紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)并改變輸出信號(hào)的阻抗特性；單端轉(zhuǎn)差分電路，用于對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行單端轉(zhuǎn)差分以及調(diào)理差分信號(hào)，使差分信號(hào)適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)態(tài)范圍；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序并且執(zhí)行對(duì)數(shù)字信號(hào)的信號(hào)處理。本發(fā)明的實(shí)施例提供的紅外熱成像系統(tǒng)，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
【專利說(shuō)明】一種紅外熱成像系統(tǒng)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及紅外成像【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種紅外熱成像系統(tǒng)。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]紅外熱成像技術(shù)是一種通過(guò)使用紅外成像測(cè)量?jī)x“查看”或“測(cè)量”物體輻射熱能的技術(shù)。紅外線因波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法被人眼感知。然而，在紅外世界中，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上就會(huì)向外輻射熱量。因此，我們可以通過(guò)探測(cè)其熱度來(lái)進(jìn)行成像。
[0005]紅外熱成像技術(shù)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在夜間和惡劣天氣下工作良好；隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)；可識(shí)別可見光無(wú)法識(shí)別的偽裝目標(biāo)；紅外成像系統(tǒng)的體積小、重量輕、功耗低、可靠性高，可應(yīng)用于精確制導(dǎo)武器等優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建國(guó)防安全體系的重要支撐技術(shù)，在軍事和民用領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用前景。紅外成像系統(tǒng)中最核心的器件是紅外探測(cè)器，而在電子學(xué)設(shè)計(jì)的角度考慮，要提高整個(gè)紅外成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量除了選擇高性能的探測(cè)器夕卜，設(shè)計(jì)低噪聲高質(zhì)量的紅外探測(cè)器信號(hào)處理電路是非常關(guān)鍵的。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種低噪聲、低功耗的紅外熱成像系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種紅外熱成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:紅外探測(cè)器；阻抗變換電路，所述阻抗變換電路連接到所述紅外探測(cè)器，用于緩沖所述紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)并改變所述輸出信號(hào)的阻抗特性；單端轉(zhuǎn)差分電路，所述單端轉(zhuǎn)差分電路連接到所述阻抗變換電路，用于對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行單端轉(zhuǎn)差分，生成差分信號(hào)，并且調(diào)理所述差分信號(hào)，使所述差分信號(hào)適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)態(tài)范圍；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接到所述差分放大電路，用于將所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路，所述時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序并且執(zhí)行對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的信號(hào)處理。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述阻抗變換電路包括RC濾波電路和電壓跟隨器，所述RC濾波電路連接到所述電壓跟隨器的同相輸入端。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述單端轉(zhuǎn)差分電路通過(guò)全差分運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括差分輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)處理包括:盲元補(bǔ)償、一點(diǎn)校正和/或灰度拉伸。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例提供的紅外熱成像系統(tǒng)，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紅外熱成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的阻抗變換電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的單端轉(zhuǎn)差分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的紅外熱成像系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。
[0020]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紅外熱成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖示意圖。
[0021]本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，一種紅外熱成像系統(tǒng)包括紅外探測(cè)器(圖1中未示出)。紅外探測(cè)器可以探測(cè)成像目標(biāo)的熱輻射并且產(chǎn)生輸出信號(hào)Vo。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，紅外熱成像系統(tǒng)還包括阻抗變換電路10、單端轉(zhuǎn)差分電路12、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14和時(shí)序控制與數(shù)據(jù)處理電路16。
[0023]阻抗變換電路10連接到紅外探測(cè)器，用于緩沖紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)Vo并改變?cè)撦敵鲂盘?hào)Vo的阻抗特性以便于后續(xù)電路對(duì)該輸出信號(hào)的處理。圖1中，經(jīng)過(guò)阻抗變換電路10處理后的信號(hào)表不為VI。
[0024]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，阻抗變換電路10的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其包括RC濾波電路102和電壓跟隨器100，RC濾波電路102連接到電壓跟隨器100的同相輸入端上。
[0025]圖2的實(shí)施例中，該RC濾波電路102為一階RC濾波電路。
[0026]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，單端轉(zhuǎn)差分電路可以通過(guò)全差分運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。
[0027]如圖1所示，單端轉(zhuǎn)差分電路12連接到阻抗變換電路10，用于對(duì)經(jīng)過(guò)阻抗變換電路10處理了的輸出信號(hào)(B卩，VI)進(jìn)行單端轉(zhuǎn)差分，生成差分信號(hào)(圖1中的CH+和CH-)，并且調(diào)理該差分信號(hào)，使該差分信號(hào)CH+和CH-適應(yīng)后續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14的動(dòng)態(tài)范圍。全差分運(yùn)算放大器輸出的共模信號(hào)電壓值由Vqi電壓決定，Vai管腳與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓中心點(diǎn)VCM相連。
[0028]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14連接到單端轉(zhuǎn)差分電路12，用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14可以包括差分輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即通過(guò)差分輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
[0029]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，單端轉(zhuǎn)差分電路12和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14的結(jié)構(gòu)如圖3所示。本實(shí)施例中，單端轉(zhuǎn)差分電路12采用低噪聲、低失真、超低功耗運(yùn)放ADA4940-1。模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD9649-20，該芯片最大采樣率為20MHz，滿足探測(cè)器輸出最高頻率5MHz的要求，輸入電壓范圍O?2V。差分運(yùn)放的正端輸入電壓范圍為0.5V?3.2V，負(fù)端輸入2.5V。對(duì)于該差分運(yùn)放，差分輸入Vp_p=2.7V。由于該運(yùn)放增益為0.5，則差分輸出Vp_p=l.35V，輸出共模電壓與后端ADC的相等為IV，則差分輸出范圍為(1-1.35/2) V?(1+1.35/2) V，即0.325V?
1.675V，符合AD9649的OV?2V差分輸入電壓范圍。
[0030]如圖1所示，時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路16連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14。時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路16產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換電路14的時(shí)序控制信號(hào)，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序，此夕卜，時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路16還執(zhí)行對(duì)數(shù)字信號(hào)的信號(hào)處理，例如，執(zhí)行對(duì)數(shù)字信號(hào)的盲元補(bǔ)償、一點(diǎn)校正和/或灰度拉伸等處理。
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例中，時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路16可以通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)或者通過(guò)其他適合的邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例提供的紅外熱成像系統(tǒng)，具有良好的低噪聲、低功耗性能。
[0033]以上通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對(duì)本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等，這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，以上多處所述的“一個(gè)實(shí)施例”表示不同的實(shí)施例，當(dāng)然也可以將其全部或部分結(jié)合在一個(gè)實(shí)施例中。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外熱成像系統(tǒng)，其特征在于，包括: 紅外探測(cè)器； 阻抗變換電路，所述阻抗變換電路連接到所述紅外探測(cè)器，用于緩沖所述紅外探測(cè)器的輸出信號(hào)并改變所述輸出信號(hào)的阻抗特性； 單端轉(zhuǎn)差分電路，所述單端轉(zhuǎn)差分電路連接到所述阻抗變換電路，用于對(duì)所述輸出信號(hào)進(jìn)行單端轉(zhuǎn)差分，生成差分信號(hào)，并且調(diào)理所述差分信號(hào)，使所述差分信號(hào)適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)態(tài)范圍； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接到所述單端轉(zhuǎn)差分電路，用于將所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； 時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路，所述時(shí)序控制和數(shù)據(jù)處理電路連接到所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，用于控制所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序并且執(zhí)行對(duì)所述數(shù)字信號(hào)的信號(hào)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述阻抗變換電路包括RC濾波電路和電壓跟隨器，所述RC濾波電路連接到所述電壓跟隨器的同相輸入端。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述單端轉(zhuǎn)差分電路通過(guò)全差分運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括差分輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理包括:盲兀補(bǔ)償、一點(diǎn)校正和/或灰度拉伸。
【文檔編號(hào)】G01J5/24GK104266766SQ201410475638
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】呂堅(jiān), 吳傳福, 呂靜, 魏林海, 周云 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)