[發明專利]一種可變增益放大器的非均勻性校正系統及校正方法

在審

• 申請號: 201510296076.8
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN105181146A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 劉銀年;陳凱;孫德新;曹開欽
• 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 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明屬于紅外焦平面器件信號處理技術，具體指一種可變增益放大器的非均勻性校正系統及校正方法，可應用于機載紅外成像、紅外預警等對紅外圖像質量及信號處理實時性要求較高的場合。

背景技術

近年來，隨著紅外技術的快速發展，其應用領域也日益廣泛，已滲透到軍事和國民經濟的各個領域，如紅外偵察、紅外跟蹤制導、紅外預警、環境監測、資源調查、工程建設等，對于推動經濟建設、社會進步、環境的改善和國防建設起到了重大的作用。

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。但由于制作工藝的限制和背景輻射的影響，紅外焦平面器件各像元的輸出信號之間均勻性很差，傳統的非均勻性校正都是通過軟件對獲取的紅外數字圖像進行后處理，這種處理方法的實時性較差，而且一定程度上影響了系統的動態范圍。

紅外焦平面器件的非均勻性校正作為紅外技術中一個重要的研究方向，受到了廣泛的關注。已有許多人對其展開了研究工作，并取得了一些成果。

在公開號為CN101303258A的申請中，公開了一種應用于紅外焦平面成像系統的像元增益控制方法。其方法是利用電阻網絡與運放來實現像元增益控制，通過模擬開關的切換進行增益的設置。

上述方法在增益設定的精度與速度上均有一定的局限性，針對該問題，本發明提出使用數模轉換器DAC與可變增益放大器VGA實現增益的高精確、快速控制，可變增益放大器VGA生產廠商提供增益與輸入模擬電壓嚴格的、明確的計算公式，只要輸入電壓的精度與變化速度足夠高，對應的增益就能達到很高的精度與速度，如今高性能的數模轉換器DAC種類多、應用廣，其精度及速度都能達到很高的水平，所以使用該方法能實現對增益高精度、快速控制。

發明內容

本發明的目的是提供一種可變增益放大器的非均勻性校正系統及校正方法，能夠高精度、快速實現輸出信號增益控制，實時調整紅外焦平面器件像元響應的非均勻性。

由于制作工藝的限制和背景輻射的影響，紅外焦平面器件各像元的輸出信號之間均勻性很差，如圖1中(1)所示；通過在紅外焦平面成像系統前放置標準黑體找出各像元中最低響應值，可得到各像元的增益系數，再對每個像元分別設置各自的增益系數，使其響應均勻一致，校正結果如圖1中(2)所示；這樣不僅可以降低紅外焦平面器件的非均勻性，同時也可以擴大系統的動態范圍，增益控制后動態范圍由ΔP擴大到ΔP′，如圖2所示；方法步驟如圖3所示；系統構成如圖4所示。

一種可變增益放大器的非均勻性校正系統，包括：現場可編程門陣列FPGA、存儲器FLASH、數模轉換器DAC和可變增益放大器VGA，其特征在于：現場可編程門陣列FPGA的邏輯單元數不少于30000個、I/O管腳數不少于200個；存儲器FLASH的容量不低于1Mbit；數模轉換器DAC的更新率不低于100MSPS、分辨率不低于12bit；可變增益放大器VGA的增益可變范圍不低于10dB、增益誤差不高于0.5dB，存儲器FLASH輸出連接現場可編程門陣列FPGA，現場可編程門陣列FPGA輸出連接數模轉換器DAC，數模轉換器DAC輸出連接可變增益放大器VGA。

一種可變增益放大器的非均勻性校正方法包括以下步驟：

(1)在紅外焦平面成像系統前放置一個標準黑體，調整該黑體的溫度，使紅外焦平面器件中響應最大的像元剛好達到飽和狀態，記錄此時紅外焦平面器件所有像元的響應信號DN值N₁，N₂，N₃…N_n，設其中最小值為N_min，計算出各像元對應的增益值k_i并存儲下來，其中i＝1,2,3...n；

(2)根據步驟(1)得到的增益值k_i，通過可變增益放大器VGA生產廠商給出的輸出增益-輸入電壓換算公式，計算出與增益k_i對應的輸入電壓V_i,i＝1,2,3...n；

(3)根據步驟(2)得到的輸入電壓值V_i，通過數模轉換器DAC生產廠商給出的內部編碼-輸出電壓的換算公式，計算出與V_i對應的二進制編碼CODE_i,i＝1,2,3...n；

(4)將步驟(3)得到的二進制編碼CODE_i寫入存儲器FLASH中；