【正文】 數(shù)據(jù)一路進(jìn)入直方圖處理模塊(見(jiàn)③), 另一路進(jìn)入圖像增強(qiáng)級(jí)(見(jiàn)④)。經(jīng)過(guò)兩級(jí)增強(qiáng)運(yùn)算后, 圖像數(shù)據(jù)最后被輸出到視頻合成模塊。 基于 NiosII 的系統(tǒng)管理NiosII 是 Altera 公司開(kāi)發(fā)的一種基于 FPGA 的可配置單指令流的 32 位 RISC 嵌入式處理器, 它支持DMA 數(shù)據(jù)傳輸, 支持用戶(hù)定制指令, 運(yùn)算速度可達(dá)250 DMIPS。 NiosII 通過(guò) Avalon 總線(xiàn)與 SDRAM、Flash、USB 控制器、鍵盤(pán)等外設(shè)相連, 通過(guò)時(shí)序控制邏輯發(fā)出的中斷請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)與 DPRAM、直方圖處理模塊的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)程序采用多任務(wù)管理，開(kāi)機(jī)以后, 系統(tǒng)會(huì)首先初始化內(nèi)部的寄存器和外設(shè)的狀態(tài)參數(shù), 然后開(kāi)啟校正/標(biāo)定、鍵盤(pán)管理和 USB 通信等 3 個(gè)線(xiàn)程。為了保證系數(shù)更新的實(shí)時(shí)性, 校正/標(biāo)定線(xiàn)程具有最高的優(yōu)先級(jí)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在校正/標(biāo)定線(xiàn)程, 信號(hào)處理模塊與 NiosII 的數(shù)據(jù)交換是通過(guò) DPRAM 完成的。DPRAM 是在 FPGA內(nèi)部定制的雙向雙端口存儲(chǔ)器, 它一側(cè)與 NiosII 的Avalon 總線(xiàn)相連, 另一側(cè)與信號(hào)處理模塊相連。在標(biāo)定模式下, 信號(hào)處理模塊直接將來(lái)自于 AD 的原始圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 DPRAM 內(nèi)。當(dāng)完整的兩幀高溫和低溫黑體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)束后, NiosII 將會(huì)計(jì)算每個(gè)像素的增益和偏移校正系數(shù), 確定盲元的位置, 并將這些參數(shù)存儲(chǔ)于 Flash 內(nèi)。信號(hào)處理模塊也可以在時(shí)序控制邏輯的控制下將處理好的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 DPRAM 內(nèi),然后由 USB 通信接口傳輸?shù)?PC 機(jī)。由于 DPRAM 每側(cè)的讀寫(xiě)操作都是獨(dú)立的, 因此避免了信號(hào)處理模塊與 NiosII 對(duì) DPRAM 訪(fǎng)問(wèn)權(quán)的來(lái)回切換, 從而提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率。經(jīng)過(guò)盲元補(bǔ)償后, 圖像數(shù)據(jù)將在直方圖處理模塊內(nèi)完成直方圖統(tǒng)計(jì)。在一幀統(tǒng)計(jì)結(jié)束后, NiosII 將按照灰度冗余增強(qiáng)技術(shù)對(duì)直方圖進(jìn)行處理計(jì)算出下一幀的冗余增強(qiáng)系數(shù) Ak+1和 Bk+1, 并在下一幀到來(lái)前傳遞給信號(hào)處理模塊。4 非制冷紅外熱像儀的性能參數(shù)非制冷紅外熱像儀的性能參數(shù)主要包含以下幾個(gè)個(gè)方面：(1)噪聲等效溫差（NETD）；(2)最小可分辨溫差（MRTD）；(3)最小可探測(cè)溫差（MDTD）；(4)非均勻性（NU）；(5)信號(hào)傳遞函數(shù)（SiTF）；(6)調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）。非制冷紅外熱像儀還有其它一些性能參數(shù)，比如焦平面陣列噪聲、視場(chǎng)角FOV與焦距f、系統(tǒng)分辨率、系統(tǒng)畸變以及系統(tǒng)光學(xué)同軸度等等。 噪聲等效溫差（NETD）噪聲等效溫差是假定測(cè)量源為黑體、大氣傳輸系數(shù)為1的情況下定義的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。其定義為系統(tǒng)基準(zhǔn)電子濾波器輸出的信號(hào)峰值與噪聲信號(hào)的均方根之比為1時(shí)黑體目標(biāo)與背景的溫差，即 （）式中，為靶標(biāo)與背景黑體源之間的溫差，為目標(biāo)信號(hào)的響應(yīng)電平，為背景信號(hào)的響應(yīng)電平。然而在紅外熱像儀中，單個(gè)像元的NETD的給出需要用到信號(hào)傳遞函數(shù)（SiTF）的值，讓黑體源穩(wěn)定在某一溫度，通過(guò)采集一定幀數(shù)的紅外焦平面陣列組件的輸出來(lái)計(jì)算時(shí)域的NETD值，其計(jì)算公式如下： （） （）式中，為第幀圖像內(nèi)點(diǎn)的輸出值，為采集圖像的幀數(shù)，為像點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 信號(hào)傳遞函數(shù)（SiTF）（SiTF）來(lái)計(jì)算噪聲等效溫差（NETD），SiTF是典型的S型響應(yīng)度函數(shù)線(xiàn)性部分的斜率，其表達(dá)式為： （）式中，采集卡接收到的電壓信號(hào)輸出，為平行光管與大氣光譜的有效透過(guò)率的加權(quán)平均值，為靶標(biāo)與背景黑體源之間的溫差。 最小可分辨溫差（MRTD）MRTD是像質(zhì)的一個(gè)主觀度量，是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)視覺(jué)靈敏度和分辨率的綜合度量。MRTD是在某一頻率下四條紋剛好被熱像儀能夠分辨的差分溫度，其結(jié)果取決于觀察者的決策，是一個(gè)比較主觀的參數(shù)。MRTD與調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）相反，其漸近線(xiàn)的低頻段取決于非制冷紅外焦平面的非均勻性。一般測(cè)定MRTD的方法如下：首先，把直條紋及其互補(bǔ)圖像之間的溫度設(shè)為零攝氏度，逐漸增加，直至觀察者正好能夠分辨出四條直條紋，此時(shí)觀察者選擇的最小正溫度差為，臨界溫差即為；然后將直條紋及其互補(bǔ)圖像之間的溫度重置為零攝氏度，逐漸減小，直至觀察者正好能夠分辨出四條直條紋，此時(shí)觀察者選擇的最小負(fù)溫度差為，臨界溫差即為。通過(guò)這些值和平行光管的透過(guò)率，目標(biāo)空間頻率的MRTD值計(jì)算公式如下： （）式中，為平行光管的紅外透過(guò)率。 調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）（MRTD）與調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）相反。MTF是用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和性能說(shuō)明的基本參數(shù)，它表示系統(tǒng)或系統(tǒng)元件對(duì)一個(gè)正弦波輸入的振幅響應(yīng)。一般確定MTF的方法分為直接法和間接法兩種，其中直接法是測(cè)量不同正弦信號(hào)的響應(yīng)，而間接法則是通過(guò)線(xiàn)擴(kuò)展函數(shù)的傅里葉變換得到一維MTF。但是在紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)不容易獲得正弦信號(hào)，可以用方塊目標(biāo)或是條紋目標(biāo)先得到對(duì)比度傳遞函數(shù)，然后采用一系列數(shù)學(xué)近似將其轉(zhuǎn)換成MTF。 最小可探測(cè)溫差（MDTD）最小可探測(cè)溫差（MDTD）是熱系統(tǒng)靈敏度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，其中包含人的作用。它可以用前視紅外（FLIR）觀察一個(gè)方形或是圓形目標(biāo)和均勻背景之間的溫差來(lái)得到。 非均勻性（NU）（MRTD）的漸近線(xiàn)的低頻段取決于非制冷紅外焦平面的非均勻性，因此非均勻性是低頻數(shù)據(jù)集結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比率： （）式中，為像點(diǎn)在水平和垂直方向的校準(zhǔn)偏差分量，為信號(hào)傳遞函數(shù)SiTF。關(guān)于非制冷紅外熱像儀的其它一些性能參數(shù)在這里就不再一一介紹了。性能參數(shù)除了作為非制冷紅外熱像儀的生產(chǎn)指標(biāo)，更重要是它能體現(xiàn)該儀器在使用范圍內(nèi)的價(jià)值，是非制冷紅外熱像儀在設(shè)計(jì)、制造、發(fā)展中必不可少的關(guān)鍵性因素。參 考 文 獻(xiàn)[1]邢素霞,張俊舉,常本康,[J].紅外與激光工程,2004,33(5):441444.[2] Hanson Charles M，Beratan Howand R. Thin film ferroelectrics: break though[A].SPIE[C].2002,.[3]李云紅,孫曉剛,[J].光學(xué) 精密工程,2007,15(9):13361341.[4][D].南京:南京理工大學(xué),2002.[5][M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1989.[6]范春利,楊立,[J].紅外技術(shù),2002,24(5):2224.[7][D].南京:南京理工大學(xué),2009.[8][M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.26