CN102564605A - 高清热成像红外探测器 - Google Patents

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本发明提供一种高清热成像红外探测器，其包括：由多个有效感光元件与被遮蔽的无效感光元件构成的感光阵列，其中，该感光阵列的每一行及每一列中均有至少一个无效感光元件；读出电路，用于基于偏置电压将无效感光元件及每一有效感光元件所感测的信号转换为电信号，其中，同一行采用同一偏置电压，同一列采用同一偏置电压；以及校准电路，用于基于每一行无效感光元件所对应的电信号来对该行每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正以及基于每一列无效感光元件所对应的电信号来对该列每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正。本发明的优点在于：基于硬件电路来消除行条纹及列条纹，因此可有效避免现有基于算法等来消除行条纹及列条纹所导致的诸多缺点。

Description

高清热成像红外探测器
技术领域
本发明涉及红外热成像领域，特别涉及一种高清热成像红外探测器。
背景技术
红外焦平面阵列(IRFPA)在军事、医疗、工业与科学等领域中有着广泛的应用前景。但是由于受到材料和制作工艺等方面的限制，现有基于红外焦平面阵列器件获得的红外图像，尤其是基于非制冷红外探测器输出的红外图像，存在非常严重的网格纹，严重影响红外图像质量，进而限制了红外焦平面阵列的广泛应用。为解决这个问题，目前发展出各种各样的图像处理技术，比如非均匀性校正技术和专门的消除网格纹的图像处理软件算法等，这些技术和算法虽然能够有效消除红外图像的网格纹，但有其明显的缺点：1)无论非均匀性校正算法还是消除网格纹算法，均需要消耗处理设备的存储空间以及系统资源，尤其有部分算法，对系统要求过高，常常还难以做到实时。如果应用在在手持设备等电池供电的系统中，很容易应能耗过大导致手持设备在较短时间就耗光电池的能量，使得手持设备无法长时间工作；2)某些算法，尤其单点非均匀性校正算法，常需要中断红外热像仪的正常工作，这对应用于目标搜索和跟踪的红外热像仪来说，是一个致命缺陷，非常容易使正处于校正过程中的热像仪丢失目标。
基于现有解决红外图像的网格纹的技术存在诸多不足，因此，迫切需要一种新方式来解决红外图像的网格纹的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高清热成像红外探测器，以消除红外图像的网格纹。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的高清热成像红外探测器，包括：由多个有效感光元件与被遮蔽的无效感光元件构成的感光阵列，其中，该感光阵列的每一行及每一列中均有至少一个无效感光元件；读出电路，与所述感光阵列相连接，用于基于偏置电压将无效感光元件及每一有效感光元件所感测的信号转换为电信号，其中，同一行采用同一偏置电压，同一列采用同一偏置电压；以及校准电路，与所述读取电路相连接，用于基于每一行无效感光元件所对应的电信号来对该行每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正以及基于每一列无效感光元件所对应的电信号来对该列每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正，并将校正后的各电信号输出。
较佳地，一行中的无效感光元件的数量为3，一列中的无效感光元件的数量为8。
综上所述，本发明的高清热成像红外探测器基于感光阵列中的无效感光元件所对应的电信号来对有效感光元件所对应的电信号来进行校正，由此可有效消除行条纹及列条纹；由于本发明基于硬件电路来消除行条纹及列条纹，因此，也可有效避免现有基于算法等来消除行条纹及列条纹所导致的诸多缺点。
附图说明
图1为本发明的高清热成像红外探测器结构示意图。
图2为本发明的高清热成像红外探测器的感光阵列的一种优选实施例示意图。
图3为本发明的高清热成像红外探测器的感光阵列的另一种优选实施例示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的高清热成像红外探测器1包括：感光阵列11、读出电路12及校准电路13。
所述感光阵列11由多个有效感光元件与被遮蔽的无效感光元件构成，其中，所述感光阵列11的每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列中均有至少一个无效感光元件。有效感光元件用于接收外部红外辐射等，无效感光元件被遮蔽以便其不能接收外部红外辐射。
例如，如图2所示，其为一种优选感光阵列示意图。该感光阵列11包括多个有效感光元件111及多个无效感光元件112，其中，每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列均设置有1个无效感光元件112。
又例如，如图3所示，其为另一种优选感光阵列示意图。该感光阵列11包括多个有效感光元件111及多个无效感光元件112，其中，每一有效感光元件所在行及无效感光元件所在行均设置有3个无效感光元件112，每一有效感光元件所在列及无效感光元件所在列均设置有8个无效感光元件112。
需要说明的是，上述所示感光阵列仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列所设置的无效感光元件可以是2个或3个以上等等，此外，每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列所设置的无效感光元件也可各不相同等等。
所述读出电路12与所述感光阵列11相连接，用于基于偏置电压将无效感光元件及每一有效感光元件所感测的信号转换为电信号，其中，同一行采用同一偏置电压，同一列采用同一偏置电压。
优选地，所述读出电路12可采用自积分型读出电路、源随器型读出电路、直接注入读出电路、反馈增强直接注入读出电路、或电流镜栅调制读出电路等等。
例如，对于图2所示的感光阵列，所述读出电路12基于偏置电压将每一无效感光元件及每一有效感光元件各自所感测的信号转换为电信号。
又例如，对于图3所示的感光阵列，所述读出电路12基于偏置电压将每一有效感光元件所在行的无效感光元件、每一有效感光元件所在列的无效感光元件及每一有效感光元件各自所感测的信号转换为电信号。
所述校准电路13与所述读取电路12相连接，用于基于每一行无效感光元件所对应的电信号来对该行每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正以及基于每一列无效感光元件所对应的电信号来对该列每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正，并将校正后的各电信号输出。
优选地，当一行或一列中的无效感光元件只有一个时，所述校准电路13直接将该行或该列每一个有效感光元件所对应的电信号与该行或该列无效感光元件所对应的电信号相减以获得校正后的每一个有效感光元件所对应的电信号。
例如，当所述感光阵列11如图2所示，则所述校准电路13将第一行中的每一个有效感光元件所对应的电信号与第一行的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的第一行每一个有效感光元件所对应的电信号，将第二行中的每一个有效感光元件所对应的电信号与第二行的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的第二行每一个有效感光元件所对应的电信号，……将最后一行中的每一个有效感光元件所对应的电信号与最后一行的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的最后一行每一个有效感光元件所对应的电信号；随后，所述校准电路13再将第一列中的每一个有效感光元件所对应的电信号与第一列的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的第一列每一个有效感光元件所对应的电信号，将第二列中的每一个有效感光元件所对应的电信号与第二列的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的第二列每一个有效感光元件所对应的电信号，……将最后一列中的每一个有效感光元件所对应的电信号与最后一列的无效感光元件所对应的电信号相减来获得校正后的最后一列每一个有效感光元件所对应的电信号，随后，将校正后的每一个有效感光元件所对应的电信号予以输出。优选地，所述校准电路13可采用由于缓存电信号的缓冲器及减法电路来实现。
优选地，当一行或一列中的无效感光元件有多个时，所述校准电路13还包括计算电路(未予图示)。
所述计算电路用于计算该多个无效感光元件各自所对应的电信号的平均值，以便所述校准电路基于所述平均值来对该多个无效感光元件所在行或列的每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正。
更为优选地，当一行中的无效感光元件有多个、且该行包含的有效感光元件所在各列中至少有一列包含的无效感光元件有多个时，所述校准电路包括至少两个计算电路。其中，一个计算电路用于计算该行中多个无效感光元件各自所对应的电信号的平均值，另一个用于计算一列中多个无效感光元件各自所对应的电信号的平均值。
例如，当所述感光阵列11如图3所示，则所述校准电路13中的第一个计算电路先将第一行中3个无效感光元件各自所对应的电信号相加后除以3来获得第一行中3个无效感光元件的电信号的平均值，第二个计算电路先将第一列中8个无效感光元件各自所对应的电信号相加后除以8来获得第一列中8个无效感光元件的电信号的平均值，随后，所述校准电路13再将第一行第一列的有效感光元件所对应的电信号减去第一行中3个无效感光元件的电信号的平均值与第一列中8个无效感光元件的电信号的平均值之和，以获得校正后的第一行第一列的有效感光元件所对应的电信号，随后所述校准电路13再基于前述获得校正后的第一行第一列的有效感光元件所对应的电信号相同的方式来获得校正后的其他有效感光元件所对应的电信号。
需要说明的是，基于上述说明，本领域技术人员应该理解校准电路的内部结构，故在此不再详述。
综上所述，本发明的高清热成像红外探测器基于无效感光元件所对应的电信号来对有效感光元件所对应的电信号进行校正，由此可有效消除红外图像的网格纹，原因在于：对于积分型读出电路而言，相同行的感光元件被相同的偏置电压偏置，因为偏置电压噪声的存在，当读出电路对不同行的感光元件所感测的信号积分时，由于不同行各自所对应的偏置电压不同，因此即使感光阵列暴露在相同的红外辐射条件下，不同行的感光元件所对应的电信号也不相同；而对同一行的感光元件而言，因为同一行感光元件的偏置电压相同，所以同一行的感光元件暴露在相同的红外辐射条件下时，各自所对应的电信号是相同的，换句话说，同一行感光元件的输出具有相同的截距，这种读出电路方式表现在红外图像上便是行条纹。因此，本发明的高清热成像红外探测器中，在感光阵列的每一行及每一列中设有无效感光元件，该些无效感光元件不接受外部辐射，但各自的结构与有效感光元件相同，则同一行的有效感光元件和无效感光元件具有相同的输出响应截距，因此，将同一行的有效感光元件的输出响应减去同行无效感光元件的输出响应，则可以消除不同行有效感光元件因为偏置电压不同造成的行条纹。基于上述同样的原因，读出电路所输出的每一列有效感光元件各自的电信号也会存在列条纹，因此，同样采用将同一列的有效感光元件的输出响应减去同列无效感光元件的输出响应，则可以消除不同列有效感光元件因为偏置电压不同造成的列条纹；此外，虽然无效感光元件数量越多，越有利于消除行条纹及列条纹，但基于制作工艺的考量，优选为一行设置3个无效感光元件，一列设置8个无效感光元件；而且，基于研究表明，一行设置3个无效感光元件，相较于一行设置1个无效感光元件，其消除行条纹噪声的能力提高1.737倍；一列设置8个无效感光元件，相较于一列设置1个无效感光元件，其消除列条纹噪声的能力提高到2.8倍。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种高清热成像红外探测器，其特征在于包括：
由多个有效感光元件与被遮蔽的无效感光元件构成的感光阵列，其中，该感光阵列的每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列中均有至少一个无效感光元件；
读出电路，与所述感光阵列相连接，用于基于偏置电压将无效感光元件及每一有效感光元件所感测的信号转换为电信号，其中，同一行采用同一偏置电压，同一列采用同一偏置电压；
校准电路，与所述读取电路相连接，用于基于每一行无效感光元件所对应的电信号来对该行每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正以及基于每一列无效感光元件所对应的电信号来对该列每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正，并将校正后的各电信号输出。
2.如权利要求1所述的高清热成像红外探测器，其特征在于：当一行或一列中的无效感光元件有多个时，所述校准电路还包括：
计算电路，用于计算该多个无效感光元件各自所对应的电信号的平均值，以便所述校准电路基于所述平均值来对该多个无效感光元件所在行或列的每一个有效感光元件所对应的电信号进行校正。
3.如权利要求2所述的高清热成像红外探测器，其特征在于：当一行中的无效感光元件有多个、且该行包含的有效感光元件所在的列中至少有一列包含的无效感光元件有多个时，所述校准电路包括至少两个计算电路。
4.如权利要求1所述的高清热成像红外探测器，其特征在于：一行中的无效感光元件的数量为3。
5.如权利要求1所述的高清热成像红外探测器，其特征在于：一列中的无效感光元件的数量为8。
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