1引言

长线列红外焦平面探测器是高分辨率航空、航天遥感成像的关键元部件。为了研究长线列探测器用于系统设计时所需要解决的关键技术,我们研制了一台基于长线列MCT1024成像仪器。

通常热像仪采用的是ISA总线或PCI总线插卡[1],这种插卡方式由于其拆装不方便,甚至会造成硬件损坏,这就不得不使我们在设计成像仪时考虑使用插拔方式更为灵活的接口方式来实现数据采集的处理与计算机的实时通讯。对于本成像仪器,如果采用12位数字信号,每秒12Mbit因而USB1.0不能达到要求,故可选用USB2.0作为数据传输接口。本文介绍了一个完整的系统设计与实现,为MCT1024构建了一个实现平台,其设计思想对其它的高速数据采集系统有一定的借鉴意义。

2系统组成和工作原理

系统原理框图如图1。由光学系统所成的像通过MCT1024探测器转换成电信号。由于MCT1024探测器各阵元的信号分别通过奇列输出端和偶列输出端移位输出,所以四路信号分别对应前放单元。图中只画出一路。经过整合后的数据送入缓存FIFO。FIFO中的数据由USB接口单元送出,通过该单元的处理,所采集到的数据发送到计算机进一步处理,显示,存储等。

3光学系统

运用高斯光学和像差理论进行红外光学系统的整体设计,得到了低像差的同轴透射式光学系统。自行研制的同轴透射式光学系统如图2所示。

4关键电路设计

4.1前置放大电路

为了得到最佳的动态范围和中心探测率,避免不必要的噪声,电信号的放大滤波采用低噪声宽带放大器来实现。根据本系统的特点,综合考虑信号带宽和信噪比,滤波器的中心频率设计为1MHz,耦合方式采用直接耦合。

4.2数据缓存(FIFO)电路

FIFO采用CY7C4245,存储量为4KX18,并具有高速、低功耗,可同步、异步读写操作等性能,满足本系统对存储量、读写方式和速度的要求。写操作的有关时序由CPLD提供,读操作的有关时序由USB接口单元提供。

4.3USB接口单元

USB接口单元采用128脚封装的CY7C68013-128TQPF,EZ-USB FX2 USB外设微控制器芯片。该芯片兼容USB2.0和USB1.0规范,并对(High-speed)、全速(Full-speed)、低速(Low-speed)三种工作模式兼容[2]。根据本系统的情况,计算机作为显示处理终端使用时,USB总线专门供数据传输使用,为此我们选用批量传输方式,以获取最大的低输速率。

4.4非均匀校正电路

红外图像处理电路主要包括错位校正、非均匀校正、失效元检测及补偿、图像增强和图像显示。我们选用TI公司的数字信号处理器(DSP)TMS320VC5409完成红外图像处理。本成像仪采用基于场景的两点校正法[2]。

4.5驱动程序设计

开发USB设备驱动程序,通常采用驱动程序开发包Driver Works和2000DDK。Driver Works提供的驱动向导,可根据用户的需要,自动生成代码框架。减少了开发的难度,缩短了开发的周期,对其进行适当修改后,用DDK编译成所需的驱动程序即可。

5实验与结论

作者利用国产的带读出电路1024元短波MCT红外焦平面器件成功研制了国内第一台具有自主知识产权的红外扫热像仪。该成像仪在野外成像如图3(非均匀校正后的图像)。文中所提出的基于MCT1024X1短波红外热像仪的系统设计思想,以及在设计中的一些关键技术问题的解决方法这对于推动国内红外热像仪的研究与应用具有重要意义。

摘自:中国计量测控网