[發明專利]一種紅外焦平面陣列偏置消除電路及方法

有效

• 申請號: 202110325616.6
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113132561B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 李洪波;楊凡超;閆鵬;張昕;劉宏;于濤;高曉惠;胡炳樑
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H04N5/217
• 分類號: H04N5/217;H04N5/33
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

1.一種紅外焦平面陣列偏置消除電路，其特征在于：包括信號處理模塊、控制器模塊和偏置生成模塊；

信號處理模塊的輸入分別與紅外焦平面陣列以及偏置生成模塊的輸出相連，控制器模塊與信號處理模塊相連，控制器模塊的輸出與偏置生成模塊的輸入相連；

信號處理模塊用于將紅外焦平面陣列每個像元位置輸出的模擬信號與偏置生成模塊輸出的該像元位置的初始偏置信號或更新后的偏置信號在模擬域進行減法操作，并將減法運算后的信號進行放大，然后進行模數轉換，輸出數字圖像信號；信號處理模塊由模擬信號減法器和模數轉換器構成；模擬信號減法器用于將紅外焦平面陣列每個像元位置輸出的模擬信號與偏置生成模塊輸出的該像元位置對應的初始偏置信號或更新后的偏置信號在模擬域進行減法操作，并將減法運算后的信號進行放大；模數轉換器用于將模擬信號減法器的輸出信號進行模數轉換，輸出數字圖像信號；

控制器模塊用于對信號處理模塊的模數轉換時序進行控制，并接收來自信號處理模塊的數字圖像信號；如果相機工作在偏置消除矩陣標定模式，則利用數字圖像信號計算各個像元位置對應的偏置消除矩陣，否則直接輸出數字圖像信號；

所述偏置生成模塊用于接收各個像元位置對應的偏置消除矩陣，并將偏置消除矩陣轉變為模擬電壓信號，增強驅動能力后，為信號處理模塊提供該像元位置對應的更新后的偏置信號；偏置生成模塊包含數模轉換器和緩沖器；數模轉換器用于將偏置消除矩陣轉變為模擬電壓信號；緩沖器用于增強數模轉換器輸出的信號驅動能力；

數模轉換器的更新速度高于紅外焦平面陣列的像元速度。

2.根據權利要求1所述的紅外焦平面陣列偏置消除電路，其特征在于：還包括存儲模塊；

存儲模塊與控制器模塊相連，用于根據控制器模塊的控制讀寫中間數據與偏置消除矩陣。

3.根據權利要求2所述的紅外焦平面陣列偏置消除電路，其特征在于：控制器模塊采用可編程邏輯器件FPGA實現。

4.根據權利要求2-3任一所述的紅外焦平面陣列偏置消除電路，其特征在于：存儲模塊包含易失性存儲器和非易失性存儲器，易失性存儲器用于計算過程中間數據的緩存，非易失性存儲器用于存儲偏置消除矩陣。

5.一種基于權利要求1-4任一所述紅外焦平面陣列偏置消除電路的紅外焦平面陣列偏置消除方法，其特征在于，包含兩種模式：偏置消除矩陣標定模式和正常工作模式；

偏置消除矩陣標定模式包括以下步驟：

步驟1a、系統上電后，對成像系統的入瞳進行遮擋，將偏置消除矩陣置零，使偏置生成模塊輸出初始偏置信號，并且將紅外焦平面陣列的積分時間設置為最小值；

步驟2a、連續采集P幀圖像數據I_p(i,j)，p＝1,2,…,P，P為自然數，(i,j)表示紅外焦平面陣列的像元位置，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,N，M、N分別表示紅外焦平面陣列的行、列數，均為自然數，圖像數據的采集與正常工作模式相同；

步驟3a、利用信號處理模塊輸出的數字圖像信號計算各個像元位置的偏置消除矩陣；其中數字圖像信號獲取過程如下：信號處理模塊將紅外焦平面陣列每個像元位置輸出的模擬信號與偏置生成模塊輸出的該像元位置的初始偏置信號在模擬域進行減法操作，并將減法運算后的信號進行放大，然后進行模數轉換得到；

正常工作模式，包含以下步驟：

步驟1b、系統上電后，讀取偏置消除矩陣；

步驟2b、控制紅外焦平面陣列每個像元位置的模擬信號有序輸出，同時利用偏置消除矩陣對偏置生成模塊進行控制，使偏置生成模塊輸出每個像元位置對應的更新后的偏置信號；

步驟3b、將經信號處理模塊處理后的各個像元位置對應的數字圖像信號輸出；

其中信號處理模塊進行了如下處理：將紅外焦平面陣列每個像元位置的模擬信號與該像元位置對應的更新后的偏置信號在模擬域進行減法操作，并將減法運算后的信號進行放大，然后進行模數轉換，輸出各個像元位置對應的數字圖像信號。