CN107741279A - 一种非制冷红外探测器的两点校正方法 - Google Patents
一种非制冷红外探测器的两点校正方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种非制冷红外探测器的两点校正方法，利用两种辐射率不同的材料做挡片，对探测器进行两点校正。首先搭建非制冷红外探测器的两点校正系统，包括：挡片A、挡片B、探测器及输出电路模块、挡片控制模块和FPGA数据处理模块；然后利用探测器及输出电路模块采集模拟信号并转化为数字信号；利用挡片控制模块控制挡片A和挡片B有序的出现在探测器玻璃窗前，获得不同的辐射通量；最后利用FPGA数据处理模块利用采集数据实现两点非均匀校正。本发明对探测器光敏元的偏置和增益都作了补偿，有效地提高了成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外探测器校正方法，特别是一种非制冷红外探测器的两点校正方法。
背景技术
探测器组件是红外热像仪的关键部件，但其固有的非均匀性严重影响到红外成像系统的成像质量。由于非制冷红外探测器进行非均匀校正时通常会用到黑体，成像时通过扫描机构的扫描运动使场景和高低温黑体同时成像，继而完成校正系数的计算。在外场试验时难以正常使用，通常采用一个挡片进行校正，造成校正效果不理想。因此，需要寻找一种简单方便的参考源对探测器的响应进行更加合理的校正。
双挡片校正的方法，采用了辐射率不同的两种材料做成定标参考源，通过在同一环境下使同一个探测器有不同的输出相应，继而对探测器进行两点校正，改善了原有的单一挡片进行单点校正的造成空间噪声大的问题，具有控制简单，使用方便，不受环境限制的优点成为本设计的关键。
发明内容
本方法的目的在于提供一种非制冷红外探测器在外场试验时的两点校正方法，解决以往在试验中只用单一的挡片进行单点校正空间噪声偏大的问题。
一种非制冷红外探测器的两点校正方法的具体步骤为：
第一步 搭建非制冷红外探测器的两点校正系统
非制冷红外探测器的两点校正系统，包括：挡片A、挡片B、探测器及输出电路模块、挡片控制模块和FPGA数据处理模块。
探测器及输出电路模块的功能为：采集模拟信号并转化为数字信号。
挡片控制模块的功能为：控制挡片A和挡片B有序的出现在探测器玻璃窗前，获得不同的辐射通量。
FPGA数据处理模块的功能为：利用采集数据实现两点非均匀校正。
第二步 探测器及输出电路模块进行信号采集和转化
采集模拟信号并转化为数字信号，探测器把采集到的红外辐射信号转化为电信号，再经过射随放大器和运放芯片转化为差分信号，经过AD芯片采样进行模拟与数字信号的转换之后，送到PFGA里面，进行后续的信号处理。
第三步 挡片控制模块对挡片A和挡片B进行控制
挡片控制模块通过电机控制挡片在探测器玻璃窗前面，在正常工作中，先用挡片A在探测器的玻璃窗前进行遮挡，挡片B离开，得到低温辐射通量XL的探测器的响应；再用挡片B对探测器前的玻璃窗进行遮挡，挡片A离开，得到高温辐射通量XH下探测器的又一次响应。
第四步 FPGA数据处理模块进行两点非均匀校正
FPGA数据处理模块把产生低温辐射通量XL和高温辐射通量XH作为温度定标点。则探测器光敏元(i,j)在辐射通量XL和XH下的输出分为：
Yij(XL)＝aijXL+bij (1)
以及
Yij(XH)＝aijXH+bij (2)
而探测器光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的输出响应为
Yij(X)＝aijX+bij (3)
将式(1)、(2)与(3)联立得
对所有光敏元在高温和低温下的输出分别取空域平均得：
以及
而所有光敏元在辐射通量X下输出的空域平均等价于光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的非均匀校正后的输出Y'(X)，即
其中，N为阵列中光敏元个数，为阵列中所有光敏元的平均增益因子，为阵列中所有光敏元的平均截距因子。
联立式(5)、(6)与(7)得
将式(3)代入式(8)得到光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的非均匀校正后的输出为
将上式写为：
Yij′(X)＝GijYij(X)+Oij (10)
其中，为增益系数，为偏置系数。
在实际应用中，将各探测元的增益系数Gij和偏置系数Oij预先存储起来，在探测器工作过程中不断读取Gij和Oij的值，然后按照式(10)进行校正，就完成了实时非均匀校正。
本发明使用吸收率不同的两种材料的挡片，在同一环境下，为探测器光敏元提供不同的辐射通量，对探测器进行两点校正，对探测器光敏元的偏置和增益都作了补偿，有效地提高了成像质量。
附图说明
图1一种非制冷红外探测器的两点校正方法所述两种材料挡片的工作示意图。
具体实施方式
一种非制冷红外探测器的两点校正方法的具体步骤为：
第一步 搭建非制冷红外探测器的两点校正系统
非制冷红外探测器的两点校正系统，包括：挡片A、挡片B、探测器及输出电路模块、挡片控制模块和FPGA数据处理模块。
探测器及输出电路模块的功能为：采集模拟信号并转化为数字信号。
挡片控制模块的功能为：控制挡片A和挡片B有序的出现在探测器玻璃窗前，获得不同的辐射通量。
FPGA数据处理模块的功能为：利用采集数据实现两点非均匀校正。
第二步 探测器及输出电路模块进行信号采集和转化
采集模拟信号并转化为数字信号，探测器把采集到的红外辐射信号转化为电信号，再经过射随放大器和运放芯片转化为差分信号，经过AD芯片采样进行模拟与数字信号的转换之后，送到PFGA里面，进行后续的信号处理。
第三步 挡片控制模块对挡片A和挡片B进行控制
挡片控制模块通过电机控制挡片在探测器玻璃窗前面，在正常工作中，先用挡片A在探测器的玻璃窗前进行遮挡，挡片B离开，得到低温辐射通量XL的探测器的响应；再用挡片B对探测器前的玻璃窗进行遮挡，挡片A离开，得到高温辐射通量XH下探测器的又一次响应。
第四步 FPGA数据处理模块进行两点非均匀校正
FPGA数据处理模块把产生低温辐射通量XL和高温辐射通量XH作为温度定标点。则探测器光敏元(i,j)在辐射通量XL和XH下的输出分为：
Yij(XL)＝aijXL+bij (1)
以及
Yij(XH)＝aijXH+bij (2)
而探测器光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的输出响应为
Yij(X)＝aijX+bij (3)
将式(1)、(2)与(3)联立得
对所有光敏元在高温和低温下的输出分别取空域平均得：
以及
而所有光敏元在辐射通量X下输出的空域平均等价于光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的非均匀校正后的输出Y'(X)，即
其中，N为阵列中光敏元个数，为阵列中所有光敏元的平均增益因子，为阵列中所有光敏元的平均截距因子。
联立式(5)、(6)与(7)得
将式(3)代入式(8)得到光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的非均匀校正后的输出为
将上式写为：
Yij′(X)＝GijYij(X)+Oij (10)
其中，为增益系数，为偏置系数。
在实际应用中，将各探测元的增益系数Gij和偏置系数Oij预先存储起来，在探测器工作过程中不断读取Gij和Oij的值，然后按照式(10)进行校正，就完成了实时非均匀校正。
Claims (4)
1.一种非制冷红外探测器的两点校正方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 搭建非制冷红外探测器的两点校正系统
非制冷红外探测器的两点校正系统，包括：挡片A、挡片B、探测器及输出电路模块、挡片控制模块和FPGA数据处理模块；
第二步 探测器及输出电路模块采集模拟信号并转化为数字信号；
第三步 挡片控制模块控制挡片A和挡片B有序的出现在探测器玻璃窗前，获得不同的辐射通量；
第四步 FPGA数据处理模块利用采集数据实现两点非均匀校正。
2.如权利要求1所述的非制冷红外探测器的两点校正方法，其特征在于，
第二步 探测器及输出电路模块进行信号采集和转化的具体过程为：
采集模拟信号并转化为数字信号，探测器把采集到的红外辐射信号转化为电信号，再经过射随放大器和运放芯片转化为差分信号，经过AD芯片采样进行模拟与数字信号的转换之后，送到PFGA里面，进行后续的信号处理。
3.如权利要求1所述的非制冷红外探测器的两点校正方法，其特征在于，
第三步 挡片控制模块对挡片A和挡片B进行控制的具体过程为：
挡片控制模块通过电机控制挡片在探测器玻璃窗前面，在正常工作中，先用挡片A在探测器的玻璃窗前进行遮挡，挡片B离开，得到低温辐射通量XL的探测器的响应；再用挡片B对探测器前的玻璃窗进行遮挡，挡片A离开，得到高温辐射通量XH下探测器的又一次响应。
4.如权利要求3所述的非制冷红外探测器的两点校正方法，其特征在于，
第四步 FPGA数据处理模块进行两点非均匀校正的具体过程为：
FPGA数据处理模块把产生低温辐射通量XL和高温辐射通量XH作为温度定标点；则探测器光敏元(i,j)在辐射通量XL和XH下的输出分为：
Yij(XL)＝aijXL+bij (1)
以及
Yij(XH)＝aijXH+bij (2)
而探测器光敏元(i,j)在任意辐射通量X下的输出响应为
Yij(X)＝aijX+bij (3)
将式(1)、(2)与(3)联立得
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对所有光敏元在高温和低温下的输出分别取空域平均得：
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将上式写为：
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将各探测元的增益系数Gij和偏置系数Oij预先存储起来，在探测器工作过程中不断读取Gij和Oij的值，然后按照式(10)进行校正，就完成了实时非均匀校正。
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