[發明專利]一種紅外熱像儀高動態范圍自適應調節方法

有效

• 申請號: 201611084241.4
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108120507B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 董斐;劉晗;傅強;林森
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 任超

一種紅外熱像儀高動態范圍自適應調節方法，包括以下步驟：S1：參數采集；利用高精度面源黑體作為標準參考源，使用制冷型凝視紅外熱像儀進行正常成像并輸出數字視頻；高精度面源黑體溫度可調節，制冷型凝視紅外熱像儀積分時間可在多檔設定值間切換；S2：數據處理；首先，建立制冷型凝視紅外熱像儀不同積分時間下，其次，設計積分時間切換邏輯和閾值；S3：多段兩點標定；使用面源黑體，在不同的積分時間檔位下，離線利用通用的兩點定標算法計算得到校正增益值和偏移值；S4：實時優化；將S2中的積分時間切換邏輯和閾值算法，以可編程的FPGA硬件開發方式，形成程序并固化入成像電路。

技術領域

該技術屬于自適應調節領域，具體涉及一種紅外熱像儀高動態范圍自適應調節方法。

背景技術

紅外成像技術是將目標視場內各物體表面因溫度或發射率不同而產生的紅外輻射差異轉化為可見圖像的技術。在軍事領域，紅外成像廣泛應用于對軍事目標的搜索、觀瞄、偵察、識別與跟蹤；對遠、中、近程軍事目標的監視、告警、預警與跟蹤；紅外成像的精確制導；武器平臺的駕駛、導航；探測隱身武器系統、進行光電對抗等。

紅外成像探測涉及的能量轉換過程為：光學能量經光學系統匯聚后，進入焦平面陣列進行光電轉換形成模擬電信號，經過濾波、運放等電子學處理后進入AD轉換電路轉換為數字圖像信號，作為數字圖像處理系統的輸入，進行后續圖像預處理操作。

紅外熱像儀的動態范圍，指其正常成像狀態下，從最小響應閾值到飽和狀態響應的范圍。在整個能量轉換過程中，動態范圍受限于光電轉換形成模擬電信號的大小，也即焦平面陣列儲存電荷的容量。焦平面在進行光電轉換時，累積電荷容量與兩個因素有關，一是外界輻射強度，二是積分時間。由于外界輻射強度是客觀存在，因此在給定信號處理電路的情況下，紅外熱像儀動態范圍很大程度上取決于其當前積分時間。

在實際使用中，存在的問題是，在外界輻射較低(如熱像儀在冬季或寒冷地區使用)時，熱像儀響應較低，造成信號強度弱，信噪比低，難以識別目標。反之在外界輻射較高時，熱像儀響應容易飽和，無法正常成像。這些問題都源自熱像儀動態范圍與使用場景不匹配。

由于工藝水平和其它因素的限制，在制冷凝視型紅外熱成像過程中廣泛存在圖像非均勻性。目前采用基于定標或基于場景的方式進行非均勻性校正，其中兩點標定方式由于技術成熟，是得到最廣泛工程應用的定標方式。

由于不同積分時間下，熱像儀響應曲線不同，因此同一熱像儀在不同積分時間下使用時，需要重新進行兩點定標。

紅外熱像儀中，經過AD轉換形成數字信號后，對其進行數字信號處理，可使用多種處理器，如DSP、FPGA、單片機等。其中，FPGA由于其處理器的高并行運算能力、動態位寬和易于編程擴展的特點，得到了廣泛應用。本發明的實施，即基于以FPGA為核心的成像處理電路實現。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種紅外熱像儀高動態范圍自適應調節方法，解決在制冷型紅外熱像儀工作中，存在動態范圍固定，難以適應多變場景的問題。

本發明的技術方案如下：一種紅外熱像儀高動態范圍自適應調節方法，包括以下步驟：

S1：參數采集；利用高精度面源黑體作為標準參考源，使用制冷型凝視紅外熱像儀進行正常成像并輸出數字視頻；高精度面源黑體溫度可調節，制冷型凝視紅外熱像儀積分時間可在多檔設定值間切換，上位機處理程序可對當前成像畫面灰度均值及中心區域均值進行實時存儲，從而得到不同外界輻射條件下，不同積分時間下，與數字圖像灰度值響應對應的原始數據；

S2：數據處理；首先，建立制冷型凝視紅外熱像儀不同積分時間下，其響應與外界輻射的關系，采用上位機程序擬合此關系曲線，其次，設計積分時間切換邏輯和閾值；