红外成像技术是一种以热辐射对象为探测目标的视觉成像技术。与可见光相比,红外成像技术可以适应更为复杂多变的应用环境,是国防安全领域的重要技术支撑,在军用和民用两个方面都存在着巨大的应用前景和市场潜力。西方发达国家的非制冷红外成像技术起步较早,而国内起步较晚,在技术上与国外存在一定差距。非制冷红外机芯组件是组成成像系统的核心部分。本文的研究内容围绕非制冷红外机芯组件展开,主要从机芯组件的硬件系统和图像算法两个方面入手,以低功耗、低噪声为设计重点开展全文工作。硬件系统上,本文机芯组件以FPGA为数据处理平台,以信号处理方案和电源方案为设计要点。设计高效的硬件系统电源方案,以效率>90%的开关电源方案和噪声<50μV的线性电源选型,实现较低的功耗以及较低的电源噪声。在信号处理方面,通过基准源加运放的偏压模块和控温模块保证探测器低噪声的工作环境;通过系统保护模块和上电/掉电保护模块确保系统安全性;通过降低DDR速率以及使用数字PID代替模拟PID反馈来降低功耗。在图像算法上,本文详细研究了红外图像处理常用的图像算法。红外图像的算法处理主要包括非均匀校正、图像增强(拉伸)以及图像去噪。在非均匀校正方面,本文介绍了传统的定点校正和基于场景的非均匀校正,着重分析了定点校正无法校正系数随时间漂移的缺点,并且提出了一种用于校正图像列条纹的非均匀校正方法。在图像增强方面,本文对比研究了传统的直方图拉伸与线性拉伸,并提出了一种基于直方图均衡化的改进算法,本文算法综合线性拉伸与直方图拉伸的优点,既能充分拉伸图像,又不会过拉伸导致图像毛糙,且能适应不同场景。其后,研究了基于引导滤波器的图像细节增强算法;在图像去噪方面,本文对比研究了传统的帧间平均滤波算法,并提出了一种精简的可调性更好的以RC滤波电路模型为基础的滤波算法。综上,本文在硬件系统和图像算法两方面入手,以更合理有效的硬件系统和图像算法,实现了低功耗低噪声高性能的目标,测试结果显示,本文工作在机芯组件功耗和噪声方面均有突破,功耗小于1.5 W,RMS噪声约0.9 mV,噪声等效温差(NETD,noise equivalent temperature difference)小于70 mK。