无源太赫兹成像系统数据采集与通道均衡方法研究

论文摘要

太赫兹无源探测成像技术是一项新兴的成像技术,该成像技术使用的太赫兹频段电磁波波长短,成像时分辨率高,同时不会主动发射电磁波,具有安全无辐射的特点。利用太赫兹无源探测成像技术进行安全检查已经成为国内外人体安检技术发展的新趋势。在太赫兹无源探测成像系统中,图像数据采集是系统中的重要功能部分,是整个系统正常工作的基础,其主要将来自前端通道的模拟信号转换为数字信号,并通过排序重组为数字图像,从而实现系统成像。同时,受限于当前工艺的水平以及研制成本等因素,太赫兹无源探测成像系统多采用多通道线阵扫描成像的系统结构,而各个通道间的响应函数不完全一致,这会对系统的成像质量产生影响,进而影响后续的检测、跟踪算法处理的效果。本论文基于课题组的实际科研项目,在太赫兹无源成像系统图像数据采集以及通道均衡方法方面,完成了如下的研究工作:(1)分析了太赫兹无源探测成像技术的基本原理以及成像系统的基本结构;研究了多通道扫描成像方式产生条带噪声的原因及条带噪声特性;讨论了几种图像去条带效果的评价方法。(2)根据成像系统的基本结构以及扫描成像原理,对数据采集传控单元进行了功能分析和方案设计;根据项目要求进行了指标分析及论证,并据此完成了主要器件的选型、硬件电路的设计实现;同时进行了硬件电路功能的基础测试,测试结果验证了该硬件电路设计满足要求。(3)基于Quartus软件开发平台,利用Verilog HDL语言完成了数据采集传控单元的数字逻辑电路的设计,包括了编码器角度获取、图像数据采集控制、图像排列存储、图像数据传输等功能需求,并利用ModelSim软件对其进行了仿真验证。(4)针对多通道线阵扫描成像系统成像结果出现条带噪声的问题,研究了通道失衡的模型。研究分析了传统的两点定标方法及单点定标方法的优缺点,并研究了一种改进的单点定标后再校正的均衡方法,通过仿真实验对该方法进行了验证。(5)研究分析了常用的基于场景的通道均衡方法,针对传统的矩匹配方法在近场无源成像系统结果图像的去条带应用中,改变原始图像的光谱结构同时又带来新的条带噪声的问题,研究了相应的改进算法,并利用图像进行仿真验证。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 技术发展动态
•     1.2.1 无源毫米波/太赫兹探测成像系统
•     1.2.2 多通道扫描成像均衡技术
•   1.3 本文的主要工作与章节安排
• 第二章 太赫兹无源成像技术基础
•   2.1 太赫兹无源成像基础理论
•     2.1.1 黑体辐射理论
•     2.1.2 太赫兹无源成像机理
•   2.2 太赫兹无源成像系统
•   2.3 成像结果中的条带噪声
•     2.3.1 条带产生的原因
•     2.3.2 条带噪声特性
•     2.3.3 通道均衡技术基础
•   2.4 图像去条带效果评价方法
•     2.4.1 有参考评价方法
•     2.4.2 无参考评价方法
•   2.5 本章小结
• 第三章 数据采集及传控单元的设计与实现
•   3.1 数据采集传控单元分析与方案设计
•     3.1.1 数据采集传控单元功能分析
•     3.1.2 系统指标分析
•     3.1.3 图像数据采集实现方案
•   3.2 主要器件选型
•     3.2.1 ADC芯片选型
•     3.2.2 ADC驱动器件选型
•     3.2.3 FPGA器件选型
•   3.3 数据采集与传控单元电路设计
•     3.3.1 数据采集电路设计
•     3.3.2 FPGA配置电路设计
•     3.3.3 电源电路设计
•   3.4 接口模块设计
•     3.4.1 编码器数据接口设计
•     3.4.2 ADC控制接口设计
•     3.4.3 数据传输与控制接口设计
•   3.5 数据采集传控单元电路实现
•   3.6 数字逻辑电路设计
•     3.6.1 数字逻辑电路设计框架
•     3.6.2 ADC控制模块设计
•     3.6.3 串口通信模块设计
•     3.6.4 编码器预处理模块设计
•     3.6.5 数据存储模块设计
•     3.6.6 数据传输模块设计
•   3.7 数据采集功能基础测试
•   3.8 本章小结
• 第四章 多通道扫描成像通道均衡方法研究
•   4.1 通道失衡分析
•   4.2 基于定标的均衡方法
•     4.2.1 两点定标
•     4.2.2 单点定标
•   4.3 改进的基于定标的相关性校正方法
•     4.3.1 算法原理
•     4.3.2 算法实验结果与分析
•   4.4 基于场景的均衡方法
•     4.4.1 直方图匹配法
•     4.4.2 频域滤波法
•     4.4.3 矩匹配法
•   4.5 改进的基于平滑均值的矩匹配方法
•     4.5.1 算法原理
•     4.5.2 算法实验结果与分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 本文总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张成东

导师: 熊金涛

关键词: 太赫兹无源成像,数据采集,条带噪声,通道均衡,矩匹配

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 电子科技大学

分类号: O441.4;TP274.2

总页数: 87

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