红外热成像技术在军事和民用领域都具有广泛的应用。非制冷红外成像系统以其价格低、体积小、功耗低等优势在红外热成像技术的发展过程中占有重要地位。本文就“非制冷红外热成像系统的小型化研究”这一课题,从我国热成像技术发展现状出发,利用法国进口的红外焦平面阵列,研制满足我国军事应用要求的小型化非制冷热成像系统。本文从基础理论入手,在介绍国内外热成像发展概况的基础上,分析了红外热成像系统的基本成像原理、影响系统工作的主要因素、微测辐射热计的工作原理,研究了红外图像的特点和影响红外成像质量的因素,探讨了红外焦平面非均匀校正、盲元替代和图像对比度增强等内容,为系统设计提供了理论指导。采用SOPC技术,基于FPGA架构,提出了完整的小型化红外热成像系统解决方案。详细阐述了系统中各个模块设计,包括焦平面阵列驱动电路、TEC温控电路、基于FPGA的信号处理电路、A/D数据采集电路、D/A视频转换电路和电源电路。基于FPGA的信号处理电路是热成像系统的核心,完成系统时序逻辑管理、实时信号处理、直方图统计、视频合成等功能。实时信号处理模块采用流水线结构,把非均匀校正、盲元替代和对不度增强功能集成于一条流水线,与传统的乒乓结构相比,时钟频率更低,输出延迟和系统功耗更小,结构更简单。设计的多温度点TEC温控电路,使微测辐射热计阵列可以根据环境温度的变化,自适应的选择合适的工作温度点,提高了系统响应性能和成像质量并降低功耗,解决了焦平面阵列的工作温度和环境之间温差增大引起的功耗增加问题。在原理图基础上完成系统PCB设计,考虑了系统的信号完整性和电源完整性设计。最后完成热成像系统软件配置和系统软硬件调试,并最终成像。