[發明專利]一種應用于紅外焦平面成像系統的像元增益控制方法

無效

• 申請號: 200810038825.7
• 申請日: 2008-06-12
• 公開（公告）號: CN101303258A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 劉銀年;李春來;陳小文;孫德新;張明濤;謝仁飚
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及到紅外焦平面器件信號處理技術，具體指一種應用于紅外焦平面成像系統的像元增益控制方法，它應用于紅外遙感儀器或軍事偵察儀器的設計。

背景技術

在航空航天領域，由紅外焦平面器件為核心構成的光電儀器是對地觀測、軍事偵察等衛星的重要載荷。這些載荷通過紅外焦平面器件獲得目標的紅外輻射信息，然后通過信息處理模塊對該信息進行處理，信息處理模塊的設計將直接關系到儀器的整機性能。

由于工藝上的限制和紅外背景輻射的影響，紅外焦平面器件的各像元輸出信號之間均勻性很差，傳統的信號處理部分在模數轉換之前僅僅包括信號的整體幅度調整和濾波電路，對各個像元之間的差異調整是在數字電路處理部分或是事后軟件處理，這種處理方法的實時性往往較差，而且一定程度上影響了儀器的動態范圍。

發明內容

基于上述方法存在的問題，本發明提出了一種應用于紅外焦平面成像系統的像元增益控制方法，這種方法應用在紅外焦平面成像系統的模擬信號處理部分，可以實時調整各個像元之間響應的非均勻性。

本發明的像元增加控制方法說明如下：

所說的紅外焦平面成像系統指的是一種利用紅外焦平面器件設計的儀器。紅外焦平面器件是由探測器和讀出電路組成的組件，由于像元規模較大，其信號輸出一般采用串行模式。由于制造工藝的限制和紅外背景輻射的影響，紅外焦平面成像系統各像元的響應均勻性較差。

所說的像元增益控制指的是在紅外焦平面成像系統的模擬信號處理端增加的一種控制單個像元增益的方法。傳統的紅外焦平面系統的信息處理方法如圖1所示，圖中1為紅外焦平面器件，2為模擬信號調理部分，3為數字信號調整部分，4為數據采集和軟件后處理部分。圖2給出了增加了像元增益控制方法后的紅外焦平面系統信息處理，圖中的1、2、3、4和圖1中的1、2、3、4所代表的模塊一致，5為增加的像元增益控制模塊，該模塊位于數字信號調整的模數轉換之前，是一種模擬信號處理方法。焦平面器件像元信號是串行讀出的，改變模擬信號處理部分放大電路的反饋電阻只是對所有探測元的增益一樣調整，只有通過在各探測元串行信號輸出期間的增益切換才能達到各像元增益實時控制的目的，由于焦平面的響應速度很快，給實時的增益調整帶來一定的壓力。用來實現像元增益控制的電路結構形式如圖3所示，圖中兩個運算放大器用來是實現射級跟隨功能，17個電阻R₁～R₁₇和8個模擬開關S₀D₀～S₇D₇組成的無源電阻網絡來實現像元增益調整功能。探測元的響應信號共有2⁸＝64種通斷狀態，在每種通斷狀態下按照電路原理的方法計算R2～R17總共16個電阻的等效電阻值，再根據電阻R1和這個等效電阻值的分壓關系計算得到64個不同的增益值。8個模擬開關S₀D₀～S₇D₇模擬開關通斷狀態控制采用可編程邏輯器件FPGA和只讀存儲器ROM實現。FPGA用來實現像元切換時ROM的時序控制，而ROM中的數據M₁₁、M₂₁......M_mxn是各探測元與圖4中組成的電阻網絡的64個增益值中最佳匹配所對應的8個模擬開關通斷狀態所代表的2進制值。

紅外焦平面成像系統的像元增益控制方法具體實施步驟如下：

A采用圖1的傳統紅外焦平面成像系統信息處理方法，使系統的探測目標為標準黑體，調整黑體溫度，使得焦平面探測器中響應最大的探測元剛剛達到飽和，記錄下此時焦平面成像系統所有探測元的響應信號N₁₁、N₂₁......N_mn(mxn為焦平面探測器的規模)。找出這些響應信號中的最小值N_jk，計算得到N_jk/N₁₁、N_j/N₂₁......N_j/N_mn的值并存儲下來。

B根據步驟A取得的探測元的響應信號的比值，確定與之匹配的增益值所對應的8個模擬開關的通斷狀態，建立各像元的模擬開關通斷狀態所代表的2進制值編碼表。

C將步驟A、B獲得的2進制值編碼表中的數據輸入只讀存儲器ROM中。