Projeto de sistema de imagem em infravermelho de onda curta de baixo ruído e alta taxa de quadros

REN Tongyang ,  

JIA Jianlu ,  

YU Yong ,  

LIU Tala ,  

GUO Pengfei ,  

LI Xueliang ,  

MA Shuang ,  

CHEN Shuqi ,  

摘要

Para atender às exigências de baixo ruído e alta linearidade do sistema de imagem em infravermelho de onda curta (Short-Wave Infrared, SWIR) para telescópios de grande abertura, além de romper o bloqueio tecnológico estrangeiro para imagem científica em infravermelho de onda curta e reduzir o ciclo do projeto, foi projetado um sistema de imagem em infravermelho de onda curta refrigerado baseado em uma matriz de plano focal (Focal Plane Array, FPA) de material InGaAs. Primeiramente, foi concebida a arquitetura básica do sistema de imagem, sobre a qual foi desenvolvido um circuito de hardware de baixo ruído. Em seguida, combinando a tecnologia de resfriamento termelétrico (Thermoelectric Cooling, TEC) e garantindo um ruído de leitura e corrente escura extremamente baixos, foi desenvolvido um driver de sensor baseado em FPGA (Field Programmable Gate Arrays) para realizar eficientemente a leitura de imagens e a transferência de programas. Finalmente, foi desenvolvido um protótipo do sistema. Os resultados experimentais mostram que o sistema pode operar continuamente a -10 ℃, alcançando uma velocidade de saída de imagem em quadro completo de até 116 quadros/s, com níveis de ruído de 364,87 e^-, 40,66 e^- e 15,73 e^- nos modos de ganho baixo, médio e alto, respectivamente, apresentando boa linearidade e uniformidade de resposta. O sistema opera de forma estável tanto em ambientes internos quanto externos, fornecendo imagens claras e atendendo às especificações de detectores científicos.

关键词

infravermelho de onda curta; FPGA; circuito de acionamento de imagem; resfriamento termelétrico

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