基于無快門的非制冷紅外成像系統和非均勻性校正方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種非制冷紅外成像系統和校正方法，特別是基于無快口的非制冷紅 外成像系統和非均勻性校正方法，在不需要機械快口的基礎上，完成對非制冷紅外成像系 統的自適應非均勻性校正，屬于紅外成像技術領域。
【背景技術】
[0002] 在理想情況下，焦平面陣列成像單元收到均勻福照時，其輸出幅度應完全一樣。而 實際上，由于紅外探測器的加工工藝、材料、溫度和偏置情況的不均勻性，其輸出幅度并不 相同，即在均勻的熱福射情況下，各個成像單元的響應輸出并不一致，該就是紅外系統的非 均勻性。
[0003] 如圖2所示，典型的非制冷紅外成像系統主要由光學系統、紅外探測器模塊、 FlashPGA、存儲器、快口組件和圖像編碼器組成。相比基于無快口的非制冷紅外成像系統， 非制冷紅外系統多了快口組件，包括機械快n、電機和電機驅動器，主要用于完成一點校 正。由于制造工藝和焦平面工作溫度環境的問題，相比制冷紅外系統，非制冷紅外系統像元 溫漂現象更嚴重，非均勻性也更差，快口組件成為了現有非制冷紅外系統很重要的部件。但 是快口組件的使用，使得非制冷紅外系統結構設計比較復雜，快口組件出現故障的幾率較 高，而且出現故障后會直接影響用戶的正常使用，同時快口組件較差的抗震動沖擊能力也 成為了提高非制冷紅外系統的整體抗震動沖擊能力的瓶頸，限制了非制冷紅外系統的應用 范圍。

【發明內容】

[0004] 本發明的技術解決問題是；克服現有技術的不足，提供了基于無快口的非制冷紅 外成像系統和非均勻性校正方法。本發明利用預先采集的小段內兩個溫度端點的目標響應 基準圖像和探測器襯底溫度值，采取小范圍內分段線性的思想，實現了對非制冷紅外系統 的背景值計算，通過純軟件計算的方式代替了必須借助硬件機械快口來實現一點校正。相 比原有的系統，本發明的優點是結構設計簡單，外觀設計更小巧，輕便，功耗低，穩定性好， 抗震動沖擊能力強。
[0005] 本發明的技術解決方案是；一種無快口非制冷紅外成像系統，包括：光學鏡頭、紅 外探測器、現場可編程口陣列、模數轉換器、存儲器和圖像編碼器；
[0006] 所述光學鏡頭用于收集目標的光信號并輸出給紅外探測器，所述紅外探測器將接 收到的光信號轉換成模擬電壓信號后，經過模數轉換器轉換輸出給現場可編程口陣列；
[0007] 所述現場可編程口陣列為紅外探測器提供正常工作需要的驅動時序；
[000引所述模數轉換器根據現場可編程口陣列提供的AD采樣時序，對紅外探測器輸出 的模擬信號進行采樣，轉換成數字信號后傳輸給現場可編程口陣列；現場可編程口陣列利 用存儲器中預存的背景響應圖像來實時計算背景值，對接收到的數字信號進行處理，并將 處理結果通過圖像編碼器輸出，所述處理包括非均勻性校正、濾波和直方圖變換。
[0009] 所述存儲器包括非易失性存儲器Flash和易失性存儲器DDR,用于非均勻性校正， 其中Flash用于存儲預采集的背景響應圖像，孤R用于處理數據的暫存。
[0010] 所述圖像編碼器完成紅外圖像輸出格式轉換，所述輸出格式包括模擬輸出格式和 數字輸出格式，其中模擬輸出格式包括PAL制式和N制式，數字輸出格式為LVDS。
[0011] 基于無快口非制冷紅外成像系統的非均勻性校正方法，步驟如下：
[001引（1)將無快n非制冷紅外成像系統在高低溫控制箱中，并對準一個均勻目標背景， 在工作溫度范圍內每隔溫度TC，采集一次無快口非制冷紅外成像系統的響應值，同時計算 探測器襯底溫度值Vtemp,并將不同溫度下的響應值和探測器襯底溫度值存儲在外部存儲 器Flash中；所述T的取值范圍為；T< = 5 ;
[0013] (2)無快口非制冷紅外成像系統上電后，根據當前的襯底溫度Vtemp'，查找襯底 溫度Vtemp'所在的溫度區間段，從外部存儲器Flash中獲取當前襯底溫度所處的溫度段 兩端所對應的背景值BackGroundl、BackGound2和襯底溫度Vtempl、Vtemp2 ;所述溫度區間 段由步驟（1)中的溫度間隔T和無快口非制冷紅外成像系統的工作范圍確定；
[0014] (3)根據當前的襯底溫度Vtemp'W及步驟（2)中獲取的當前襯底溫度所處的溫 度段兩端所對應的背景值BackGroundl、BackGound2和襯底溫度Vtempl、Vtemp2,計算當前 狀態下的背景值BackGround;具體由公式；
[0015] BackGround = k*Vtemp' +b
[0016] 給出，其中k和b分別為增益和偏置校正系數，由公式：
[0019] 給出；
[0020] (4)將數據從外部存儲器Flash中讀出，存儲在外部存儲器D中；
[0021] (5)實時查詢當前的襯底溫度Vtemp"，若Ivtemp" -Vtemp'I>=VSET，則進 行背景計算，根據當前的襯底溫度Vtemp"，查找襯底溫度Vtemp"所在的溫度區間段，從 外部存儲器D中獲取當前襯底溫度所處的溫度段兩端所對應的背景值BackGroundl'、 83。1^6〇11]1(12'和相對應的襯底溫度￥161]191'、￥161]192';否則，當不進行背景計算，所述 VSET為背景更新閥值；
[0022] (6)若襯底溫度Vtemp"和襯底溫度Vtemp'處于同一溫度區間段，則采用步進量 的方式計算襯底溫度Vtemp"所對應的背景值，否則，利用步驟（3)中的方法計算襯底溫度 Vtemp"所對應的背景值BackGround';
[002引 （7)利用步驟做中求得的背景值BackGround'，對圖像進行非均勻性校正，具體 由公式：
[0027] 給出，其中M為焦平面陣列探測器像元個數，BackGround'i為第i個焦平面陣列 探測器像元的背景值，Vi為第i個焦平面陣列探測器像元校正前數據，V'為第i個焦平面 陣列探測器像元校正后的數據。
[002引所述步驟巧）中其中VSET由公式；
[0029] VSET=Vchange/P
[0030] 給出，Vchange為溫度變化T時探測器襯底的溫度變化值，P為將溫度間隔T均分 的間隔數。
[0031] 所述步驟做中采用步進量的方式計算襯底溫度Vtemp"所對應的背景值，具體 為：
[003引將步驟（1)中提到的溫度間隔T劃分成P個間隔，測量可得溫度變化T時探測器 襯底溫度變化值Vchange,在同一個溫度區間內，探測器襯底溫度每變化Vchange/P，背景 值變換一個step值；
[0033] 若襯底溫度Vtemp"比襯底溫度Vtemp'高n個T/P，則襯底溫度Vtemp"所對應 的背景值由公式：
[0034] BackGround' =BackGoundl' +n*step [003引 給出，
[0036] 若襯底溫度Vtemp"比襯底溫度Vtemp'低n個T/P，則襯底溫度Vtemp"所對應 的背景值由公式：
[0037] BackGround' =BackGoundl' -n*step [003引 給出，
[0039] St巧具體由公式；
[0040]
[0041] 給出。
[0042] 本發明與現有帶快口非制冷紅外系統相比具有如下優點：
[0043] (1)本發明采用純軟件計算的方式代替了硬件快口組件的使用，省去了容易出現 故障的機械擋片組件，降低了產品的故障率，省去了快口電機的使用，降低了產品的功耗。
[0044] (2)原有非制冷紅外系統中，快口組件占用體積相對較大，尤其是機械擋片，打開 和閉合需要的運動空間較大，其他的部件如電路板、電路板連接件均需要考慮不能與擋片 位置干設，否則擋片會卡住，圖像顯示會出現"殘影"現象，嚴重影響用戶使用。由于省去了 快口組件占用的較大的體積，外觀設計更小巧，更輕便。
[0045] (3)原有非制冷紅外系統中，結構設計需要考慮快口組件與探測器組件、電路板之 間結構關系、散熱等，本發明不再需要考慮，大大簡化了設計。
[0046] (4)原有非制冷紅外系統中，機械快口是一個需要不斷打開和關閉的可活動部件， 決定了機械快口較差的抗震動沖擊能力，而該一點已經成為提高非制冷紅外系統整體抗震 動沖擊能力的瓶頸，本發明省去了快口組件的使用，大大增強了整體抗震動沖擊的能力，擴 大了非制冷紅外系統的應用范圍。
[0047] (5)原有非制冷紅外系統一般是通過時間閥值或者人為觀察啟動一點校正，時間 閥值的選擇過長，會出現圖像長時間非均勻性較差，影響用戶觀察，時間閥值的選擇過短， 會影響機械擋片的壽命。而本發明通過實時查詢探測器襯底溫度變化，達到襯底溫度變化 閥值時才啟動背景更新，當環境溫度變化劇烈，探測器襯底溫度變化較快時，背景更新的間 隔時間較短；當環境溫度變化平緩，探測器襯底溫度變化較慢時，背景更新的間隔時間較 長，使非制冷紅外成像系統具有自適應調節功能，省去了時間閥值的設置，也不需要人為干 預校正，使圖像質量始終保持在最佳狀態。
[0048] (6)由于校正參數是實時更新的，而參數更新時采用的基準圖像反映了探測器