基于無快門的非制冷紅外成像系統(tǒng)和非均勻性校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種非制冷紅外成像系統(tǒng)和校正方法，特別是基于無快口的非制冷紅 外成像系統(tǒng)和非均勻性校正方法，在不需要機械快口的基礎(chǔ)上，完成對非制冷紅外成像系 統(tǒng)的自適應(yīng)非均勻性校正，屬于紅外成像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在理想情況下，焦平面陣列成像單元收到均勻福照時，其輸出幅度應(yīng)完全一樣。而 實際上，由于紅外探測器的加工工藝、材料、溫度和偏置情況的不均勻性，其輸出幅度并不 相同，即在均勻的熱福射情況下，各個成像單元的響應(yīng)輸出并不一致，該就是紅外系統(tǒng)的非 均勻性。
[0003] 如圖2所示，典型的非制冷紅外成像系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器模塊、 FlashPGA、存儲器、快口組件和圖像編碼器組成。相比基于無快口的非制冷紅外成像系統(tǒng)， 非制冷紅外系統(tǒng)多了快口組件，包括機械快n、電機和電機驅(qū)動器，主要用于完成一點校 正。由于制造工藝和焦平面工作溫度環(huán)境的問題，相比制冷紅外系統(tǒng)，非制冷紅外系統(tǒng)像元 溫漂現(xiàn)象更嚴(yán)重，非均勻性也更差，快口組件成為了現(xiàn)有非制冷紅外系統(tǒng)很重要的部件。但 是快口組件的使用，使得非制冷紅外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，快口組件出現(xiàn)故障的幾率較 高，而且出現(xiàn)故障后會直接影響用戶的正常使用，同時快口組件較差的抗震動沖擊能力也 成為了提高非制冷紅外系統(tǒng)的整體抗震動沖擊能力的瓶頸，限制了非制冷紅外系統(tǒng)的應(yīng)用 范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于無快口的非制冷紅 外成像系統(tǒng)和非均勻性校正方法。本發(fā)明利用預(yù)先采集的小段內(nèi)兩個溫度端點的目標(biāo)響應(yīng) 基準(zhǔn)圖像和探測器襯底溫度值，采取小范圍內(nèi)分段線性的思想，實現(xiàn)了對非制冷紅外系統(tǒng) 的背景值計算，通過純軟件計算的方式代替了必須借助硬件機械快口來實現(xiàn)一點校正。相 比原有的系統(tǒng)，本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，外觀設(shè)計更小巧，輕便，功耗低，穩(wěn)定性好， 抗震動沖擊能力強。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種無快口非制冷紅外成像系統(tǒng)，包括：光學(xué)鏡頭、紅 外探測器、現(xiàn)場可編程口陣列、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲器和圖像編碼器；
[0006] 所述光學(xué)鏡頭用于收集目標(biāo)的光信號并輸出給紅外探測器，所述紅外探測器將接 收到的光信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出給現(xiàn)場可編程口陣列；
[0007] 所述現(xiàn)場可編程口陣列為紅外探測器提供正常工作需要的驅(qū)動時序；
[000引所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)現(xiàn)場可編程口陣列提供的AD采樣時序，對紅外探測器輸出 的模擬信號進行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給現(xiàn)場可編程口陣列；現(xiàn)場可編程口陣列利 用存儲器中預(yù)存的背景響應(yīng)圖像來實時計算背景值，對接收到的數(shù)字信號進行處理，并將 處理結(jié)果通過圖像編碼器輸出，所述處理包括非均勻性校正、濾波和直方圖變換。
[0009] 所述存儲器包括非易失性存儲器Flash和易失性存儲器DDR,用于非均勻性校正， 其中Flash用于存儲預(yù)采集的背景響應(yīng)圖像，孤R用于處理數(shù)據(jù)的暫存。
[0010] 所述圖像編碼器完成紅外圖像輸出格式轉(zhuǎn)換，所述輸出格式包括模擬輸出格式和 數(shù)字輸出格式，其中模擬輸出格式包括PAL制式和N制式，數(shù)字輸出格式為LVDS。
[0011] 基于無快口非制冷紅外成像系統(tǒng)的非均勻性校正方法，步驟如下：
[001引（1)將無快n非制冷紅外成像系統(tǒng)在高低溫控制箱中，并對準(zhǔn)一個均勻目標(biāo)背景， 在工作溫度范圍內(nèi)每隔溫度TC，采集一次無快口非制冷紅外成像系統(tǒng)的響應(yīng)值，同時計算 探測器襯底溫度值Vtemp,并將不同溫度下的響應(yīng)值和探測器襯底溫度值存儲在外部存儲 器Flash中；所述T的取值范圍為；T< = 5 ;
[0013] (2)無快口非制冷紅外成像系統(tǒng)上電后，根據(jù)當(dāng)前的襯底溫度Vtemp'，查找襯底 溫度Vtemp'所在的溫度區(qū)間段，從外部存儲器Flash中獲取當(dāng)前襯底溫度所處的溫度段 兩端所對應(yīng)的背景值BackGroundl、BackGound2和襯底溫度Vtempl、Vtemp2 ;所述溫度區(qū)間 段由步驟（1)中的溫度間隔T和無快口非制冷紅外成像系統(tǒng)的工作范圍確定；
[0014] (3)根據(jù)當(dāng)前的襯底溫度Vtemp'W及步驟（2)中獲取的當(dāng)前襯底溫度所處的溫 度段兩端所對應(yīng)的背景值BackGroundl、BackGound2和襯底溫度Vtempl、Vtemp2,計算當(dāng)前 狀態(tài)下的背景值BackGround;具體由公式；
[0015] BackGround = k*Vtemp' +b
[0016] 給出，其中k和b分別為增益和偏置校正系數(shù)，由公式：
[0019] 給出；
[0020] (4)將數(shù)據(jù)從外部存儲器Flash中讀出，存儲在外部存儲器D中；
[0021] (5)實時查詢當(dāng)前的襯底溫度Vtemp"，若Ivtemp" -Vtemp'I>=VSET，則進 行背景計算，根據(jù)當(dāng)前的襯底溫度Vtemp"，查找襯底溫度Vtemp"所在的溫度區(qū)間段，從 外部存儲器D中獲取當(dāng)前襯底溫度所處的溫度段兩端所對應(yīng)的背景值BackGroundl'、 83。1^6〇11]1(12'和相對應(yīng)的襯底溫度￥161]191'、￥161]192';否則，當(dāng)不進行背景計算，所述 VSET為背景更新閥值；
[0022] (6)若襯底溫度Vtemp"和襯底溫度Vtemp'處于同一溫度區(qū)間段，則采用步進量 的方式計算襯底溫度Vtemp"所對應(yīng)的背景值，否則，利用步驟（3)中的方法計算襯底溫度 Vtemp"所對應(yīng)的背景值BackGround';
[002引 （7)利用步驟做中求得的背景值BackGround'，對圖像進行非均勻性校正，具體 由公式：
[0027] 給出，其中M為焦平面陣列探測器像元個數(shù)，BackGround'i為第i個焦平面陣列 探測器像元的背景值，Vi為第i個焦平面陣列探測器像元校正前數(shù)據(jù)，V'為第i個焦平面 陣列探測器像元校正后的數(shù)據(jù)。
[002引所述步驟巧）中其中VSET由公式；
[0029] VSET=Vchange/P
[0030] 給出，Vchange為溫度變化T時探測器襯底的溫度變化值，P為將溫度間隔T均分 的間隔數(shù)。
[0031] 所述步驟做中采用步進量的方式計算襯底溫度Vtemp"所對應(yīng)的背景值，具體 為：
[003引將步驟（1)中提到的溫度間隔T劃分成P個間隔，測量可得溫度變化T時探測器 襯底溫度變化值Vchange,在同一個溫度區(qū)間內(nèi)，探測器襯底溫度每變化Vchange/P，背景 值變換一個step值；
[0033] 若襯底溫度Vtemp"比襯底溫度Vtemp'高n個T/P，則襯底溫度Vtemp"所對應(yīng) 的背景值由公式：
[0034] BackGround' =BackGoundl' +n*step [003引 給出，
[0036] 若襯底溫度Vtemp"比襯底溫度Vtemp'低n個T/P，則襯底溫度Vtemp"所對應(yīng) 的背景值由公式：
[0037] BackGround' =BackGoundl' -n*step [003引 給出，
[0039] St巧具體由公式；
[0040]
[0041] 給出。
[0042] 本發(fā)明與現(xiàn)有帶快口非制冷紅外系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點：
[0043] (1)本發(fā)明采用純軟件計算的方式代替了硬件快口組件的使用，省去了容易出現(xiàn) 故障的機械擋片組件，降低了產(chǎn)品的故障率，省去了快口電機的使用，降低了產(chǎn)品的功耗。
[0044] (2)原有非制冷紅外系統(tǒng)中，快口組件占用體積相對較大，尤其是機械擋片，打開 和閉合需要的運動空間較大，其他的部件如電路板、電路板連接件均需要考慮不能與擋片 位置干設(shè)，否則擋片會卡住，圖像顯示會出現(xiàn)"殘影"現(xiàn)象，嚴(yán)重影響用戶使用。由于省去了 快口組件占用的較大的體積，外觀設(shè)計更小巧，更輕便。
[0045] (3)原有非制冷紅外系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮快口組件與探測器組件、電路板之 間結(jié)構(gòu)關(guān)系、散熱等，本發(fā)明不再需要考慮，大大簡化了設(shè)計。
[0046] (4)原有非制冷紅外系統(tǒng)中，機械快口是一個需要不斷打開和關(guān)閉的可活動部件， 決定了機械快口較差的抗震動沖擊能力，而該一點已經(jīng)成為提高非制冷紅外系統(tǒng)整體抗震 動沖擊能力的瓶頸，本發(fā)明省去了快口組件的使用，大大增強了整體抗震動沖擊的能力，擴 大了非制冷紅外系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
[0047] (5)原有非制冷紅外系統(tǒng)一般是通過時間閥值或者人為觀察啟動一點校正，時間 閥值的選擇過長，會出現(xiàn)圖像長時間非均勻性較差，影響用戶觀察，時間閥值的選擇過短， 會影響機械擋片的壽命。而本發(fā)明通過實時查詢探測器襯底溫度變化，達到襯底溫度變化 閥值時才啟動背景更新，當(dāng)環(huán)境溫度變化劇烈，探測器襯底溫度變化較快時，背景更新的間 隔時間較短；當(dāng)環(huán)境溫度變化平緩，探測器襯底溫度變化較慢時，背景更新的間隔時間較 長，使非制冷紅外成像系統(tǒng)具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能，省去了時間閥值的設(shè)置，也不需要人為干 預(yù)校正，使圖像質(zhì)量始終保持在最佳狀態(tài)。
[0048] (6)由于校正參數(shù)是實時更新的，而參數(shù)更新時采用的基準(zhǔn)圖像反映了探測器