【摘 要】
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从可见光到短波红外的宽光谱成像技术,具有获取信息多、应用场景广、抗干扰能力强,全天侯成像等优势,在国防建设、工业检测、智能驾驶等多个领域发挥重要作用。然而,目前宽光谱成像系统多采铟镓砷探测器或双相机融合法实现,这种方法会导致系统后端成像电路成本高,体积大等问题。因此,针对上述问题,设计出一套可单一芯片探测,成本低的宽光谱后端成像电路具有重要意义。首先,本文选取具有制备成本低、工艺简单、宽光谱成像等
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目(编号:2019ZDLGY16-01);
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从可见光到短波红外的宽光谱成像技术,具有获取信息多、应用场景广、抗干扰能力强,全天侯成像等优势,在国防建设、工业检测、智能驾驶等多个领域发挥重要作用。然而,目前宽光谱成像系统多采铟镓砷探测器或双相机融合法实现,这种方法会导致系统后端成像电路成本高,体积大等问题。因此,针对上述问题,设计出一套可单一芯片探测,成本低的宽光谱后端成像电路具有重要意义。首先,本文选取具有制备成本低、工艺简单、宽光谱成像等优势的胶体量子点探测器为系统核心,通过研究该探测器的成像与读出特性,构建出一套可移植性强、可扩展性强、成本低的宽光谱成像电路硬件系统方案。该方案针对胶体量子点探测器输出信号噪声大,量子效率低,响应度不均匀问题,提出多级滤波与高阻抗低噪声跟随电路相结合,可编程增益放大与可编程偏压电路相结合的方法,配合与FPGA主控电路,实现在不同场景下信号的放大,同时降低信号噪声,提升系统信噪比。其次,为验证提出方案的准确性,依据已构建的硬件架构体系,基于现有量产芯片,搭建信号预处理电路,实现5阶Butterworth差分式低通滤波,并配合前级电路完成信号多级滤波;设计基于分离式器件的可编程放大电路,实现信号放大;设计基于ADC12D040与AD9708芯片的模数与数模转换电路,实现将信号的数字化;设计HDMI接口通信电路与采用ZYNQ为核心的数字信号处理电路,实现数字信号处理与传输。利用硬件描述语言,设计各模块数字逻辑驱动,完成各模块与整体功能仿真,实现系统布局布线、时序约束及功耗控制。最后,通过对胶体量子点宽光谱图像传感器输出信号进行模拟,利用硬件电路测试设备,完成模块与系统化测试。测试结果表明,本文所构建的宽光谱成像系统电路,能够作为宽光谱量子点探测器的后端成像电路,响应波段为0.4~2.5μm,通过计算可实现最大信号增益20 d B,带外信号衰减为100 dB/decade,截至频率为16 Mhz,信号采集速率为40MHz,传输速率为30帧。同时,本文所构建成像电路结构,对信号处理的方法,也可为后续量子点光敏材料或其它类似材料的面阵成像系统电路开发提供了一种便利的参考。
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