[發(fā)明專利]一種非制冷紅外焦平面陣列的非均勻性校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310216422.8
• 申請(qǐng)日: 2013-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN103308178A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭興;李宵;馬宣;章翔;劉子驥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外成像系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種非制冷紅外焦平面陣列的非均勻性校正方法。

背景技術(shù)

紅外焦平面陣列是20世紀(jì)70年代末80年代初，在國防應(yīng)用以及其它戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的推動(dòng)下發(fā)展起來的。它是獲取景物紅外熱輻射信息的重要光電器件。紅外焦平面陣列是紅外成像技術(shù)的核心部件，廣泛用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、森林防火等各個(gè)領(lǐng)域的成像。

紅外成像系統(tǒng)是紅外熱成像系統(tǒng)的重要組成部分。目前各種紅外成像系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到通信、醫(yī)療、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域。

紅外焦平面陣列屬于第二代紅外成像器件，是現(xiàn)代紅外成像系統(tǒng)的核心，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、噪聲等效溫差小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。

紅外系統(tǒng)在理想情況下，紅外焦平面陣列受均勻輻射，輸出幅度應(yīng)該完全一樣。但實(shí)際上，由于制作器件的半導(dǎo)體材料不均勻（雜質(zhì)濃度、晶體缺陷、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性等）、掩膜誤差、缺陷、工藝條件等因素的影響，受均勻輻射的情況下，其輸出幅度并不相同，這就是紅外焦平面陣列響應(yīng)的非均勻性。

造成紅外非均勻性的原因有很多，其中主要是熱像探測(cè)元自身的非均勻性，另外紅外焦平面陣列的外界輸入也會(huì)造成對(duì)非均勻性的影響。如探測(cè)器的偏置電壓、偏置電流的不同，也會(huì)造成輸出的不均勻性，主要表現(xiàn)為固定加性噪聲。但是由于受到制作材料以及制作工藝的限制，紅外焦平面陣列各個(gè)像元的響應(yīng)特性無法做到完全一致。

紅外焦平面陣列的這種非均勻性會(huì)嚴(yán)重影響紅外成像系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度和空間分辨率。因此，在實(shí)際使用中都需要對(duì)紅外焦平面陣列做非均勻性校正。

目前，常用的紅外非均勻性校正技術(shù)有很多種，如基于定標(biāo)的一點(diǎn)校正、兩點(diǎn)校正非均勻算法、基于場(chǎng)景的時(shí)域高通濾波法、自適應(yīng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和均值濾波算法等等。但是目前還沒有找到一種適應(yīng)性較強(qiáng)的算法，各種非均勻性算法都有它的不足。

現(xiàn)有技術(shù)中，目前廣泛被應(yīng)用于實(shí)踐的是一點(diǎn)定標(biāo)算法和兩點(diǎn)定標(biāo)算法。

兩點(diǎn)校正算法考慮了探測(cè)器的增益不均勻性和偏置不均勻性，在通常情況下，當(dāng)入射紅外輻射為零的時(shí)候，探測(cè)器的響應(yīng)輸出不為零。兩點(diǎn)校正法將所有探測(cè)單元的響應(yīng)特性曲線通過旋轉(zhuǎn)平移，變換為同一條響應(yīng)特性曲線。經(jīng)過校正后，在均勻的輻射輸入情況下，各個(gè)探測(cè)單元的輸出電信號(hào)相同，從而消除紅外圖像的非均勻性噪聲。但是進(jìn)行紅外圖像的兩點(diǎn)校正需要進(jìn)行溫度定標(biāo)。

一點(diǎn)校正算法是最早的非均勻性校正算法，針對(duì)增益系數(shù)不均勻性和偏置系數(shù)不均勻性的兩種情況，一點(diǎn)校正法也可以分為兩種，分為增益系數(shù)不均勻的校正和偏置不均勻的校正，但是一次只能滿足一種校正。

采用對(duì)偏置的不均勻性校正，一點(diǎn)校正的原理是假定探測(cè)器光敏元的輸出信號(hào)與目標(biāo)的輻射通量呈線性關(guān)系，一點(diǎn)校正算法就是在均勻光輻射下，把各個(gè)像元的輸出信號(hào)校正為一致，即在某一光輻照度下，把不同的像元的輸出信號(hào)校正為某一信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以是此條件下的最大值或者是其它某一個(gè)值，一般取平均值。

一點(diǎn)校正的實(shí)質(zhì)只是對(duì)器件的暗電流作了補(bǔ)償，并沒有對(duì)增益作出校正。

在焦平面陣列的實(shí)際工作中，探測(cè)器光敏元的輸出信號(hào)與目標(biāo)的輻射通量之間呈非線性關(guān)系，增益和偏置也會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生非線性變化，導(dǎo)致紅外焦平面陣列的紅外非均勻性。兩點(diǎn)校正方法是將紅外焦平面陣列的工作溫度區(qū)間按溫度的上升梯度劃分成各個(gè)小的溫度區(qū)間。在一個(gè)小的溫度區(qū)間內(nèi)，假定探測(cè)器光敏元的輸出信號(hào)與目標(biāo)的輻射通量呈線性關(guān)系，然后利用兩點(diǎn)校正的算法計(jì)算出這個(gè)小的溫度區(qū)間內(nèi)的偏置參數(shù)。

隨著市場(chǎng)的需求和技術(shù)的進(jìn)步，目前紅外成像系統(tǒng)普遍采用了無TEC的封裝形式，無TEC封裝形式的紅外成像系統(tǒng)除了需要進(jìn)行傳統(tǒng)的兩點(diǎn)校正以外，在實(shí)際的使用過程中，由于隨著使用的時(shí)間以及環(huán)境溫度的變化以及紅外成像系統(tǒng)焦平面陣列本身的溫度發(fā)生的變化，會(huì)產(chǎn)生溫漂，因此需要進(jìn)行頻繁的快門修正以消除紅外焦平面陣列的紅外非均勻性的影響。

在寬溫度范圍下，如果利用一點(diǎn)校正算法來消除紅外焦平面陣列的紅外非均勻性，需要在一點(diǎn)校正的時(shí)候給紅外成像系統(tǒng)焦平面陣列選取均勻的輻照度，這種方法使得在紅外成像系統(tǒng)的實(shí)際使用過程中，必須暫時(shí)中斷紅外成像系統(tǒng)對(duì)紅外目標(biāo)的信息獲取。這種頻繁的快門修正嚴(yán)重影響了紅外成像系統(tǒng)對(duì)紅外目標(biāo)的連續(xù)觀測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種能夠更新紅外成像系統(tǒng)的校正參數(shù)而不需要中斷紅外成像系統(tǒng)的非制冷紅外焦平面陣列的非均勻性校正方法。

本發(fā)明實(shí)施例公開的技術(shù)方案包括：