基于arm的红外测温算法与信号处理系统设计

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1、硕_上论文基于ARM的红外测温算法及信号处理系统设计1绪论1．1红外成像技术简介物质内部的电子、原子和分子时时刻刻都在运动，并且具有很多运动状态，这些状态都具有一定的能量，人们通常用“能级”的概念来描述这些状态。这些电子、原子和分子在接收到外界的能量输入后；可能会由能量较低的状态进入能量较高的状态(激发态)，但是它们并不能在激发态上长时间停留，很快它们都将回到低能级上面并将多余的能量释放出来。这种能量的释放方式有很多，而电磁波辐射就是最常见的一种。红外辐射就是指波长范围在0．76岬～1000岬的电磁波【lJ，由图1．1可知其电

2、磁辐射波谱分布，它是波长介于红光和微波之间的非可见光。凡是温度在绝对零度(一273℃)以上的物体都能够辐射红外辐射。作为自然界中最常见的一种电磁辐射，红外辐射的辐射强度直接和物体表面的温度有关，它覆盖了室温下物体所发出的热辐射的波段，同时由于其穿透云雾能力比可见光强，使得它在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途【2J。卜嚣'丈慧一图1．1电磁辐射波谱红外辐射不能够像可见光那样为人眼所见，所以人们常采用探测器来获取目标的红外辐射分布图，将其转化为我们人眼可见的图像，这就是所谓的红外成像技术【3]。在红外成像技术中，根据不同的

3、目标或者同一目标的不同位置的红外辐射强度存在差异的原理，红外探测器将目标的红外辐射转换为电信号，经过模数转换及相关算法处理后送入显示设备，生成可以供人眼直接观察的红外热像，实现这个过程的仪器就被称为红外热像仪。红外热像仪一般都工作在一个波长范围内，这是因为当红外辐射在大气环境中传播时，会被大气或各种烟尘吸收，因而强度发生衰减，但是对波长在3岫～51．tm(中红外波段)和8岫～141．tm(远红外波段)的红外辐射的影响却不大14I。这两个波段就是常说的“短波窗口”和“长波窗口”，大多数热像仪都工作在这两个波段范围内。图1．2就是

4、典型的红外热像仪结构。l绪论硕士论文图1．2红外热像仪结构红外热像仪通常可分为两种：制冷型和非制冷型【5l。制冷型红外热像仪的优点是成像质量比较好，但缺点是系统结构复杂、体积庞大且价格昂贵，这严重限制了其在军事和民用上的应用。非制冷型红外热像仪采用热电探测器，它利用热电探测器对红外辐射所引起的温度变化敏感，而温度的变化又与探测器的某些电量参数变化成正比的原理，经过光电和电光转换成像。与制冷型红外热像仪不同的是，非制冷热像仪工作于常温条件下，无需制冷，所以没有杜瓦瓶那样的制冷系统，结构相对简单，系统的体积和功耗都大大降低，可靠性

5、得到有效的提升，故而被广泛的应用于轻武器瞄具、驾驶员视力增强、单兵头盔式观瞄、手持式热像仪等【6】。尽管如此，非制冷型热像仪也有不可忽视的缺陷，由于不能制冷，它的灵敏度和响应速度较低，间接导致图像的对比度较差。为了改善非制冷型焦平面热像仪的性能，提高非制冷型热像仪的图像质量，人们一方面努力改善非制冷探测器本身的性能，另一方面主要着重于对非制冷型热像仪输出的图像数据的处理。后者的实施难度相对较小，所以是目前改善非制冷型热像仪性能的主要手段。1．2红外测温原理及研究意义红外测温技术是利用被测目标的辐射能量和它本身的温度有关这个原理

6、。根据普朗克公式在红外探测器工作波长范围内的积分可以计算得到目标的辐射功率的大小与目标温度之间存在一个固定的对应关系。只要我们能够获得这个辐射功率，经过相应的算法处理，我们就能得出目标的温度，这便是红外测温的理论基础。以标准黑体为基准，根据探测器探测的输出电压V与对应的黑体温度T的关系，通过多次标定采样，建立v与T的映射关系[_71。通常情况下电压值都是被转化为数字信号D，这样就能建立一个温度查找表T(D)或者将这些数据拟合成为一个函数，测量温度时，只要知道D就能通过查找表或拟合函数得到对应的温度。红外热像仪可以获取目标大视场

7、红外辐射图像，它将物体表面的红外辐射分解为一个个的单独的像素，系统将目标的辐射强度转化为与之强度成正比的电信号，这些信号经过处理后将会被显示在显示器上，显示出目标表面的温度分布。只要得到目标热像上某点的数字信号(图像灰度)硕士论文基于ARM的红外测温算法及信号处理系统设计大小，经过黑体标定，我们就能够得到目标该处的温度值[8]。红步'I-N温之所以在近年备受关注，是因为相对于传统的温度测量方式，它具有很多明显的优势一J：(1)非接触测温，不会影响被测目标的温度场分布情况，方便且准确度高；(2)测温响应速度快，可快速、实时测量目

8、标温度，特别适合于机场、车站等特殊场所的温度检测需求；(3)可在一些较为复杂或不安全的环境测温，例如高压电站、运转的机器设备等，保证人员安全；(4)可对一些小目标实现精确测温。正是由于红外测温显著的优势，使得它在军事和民用领域都被广泛应用：在军事方面，红；'I-N温技术本身就