CN111898269A - 一种mos电阻阵非均匀性数据修正补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，包括器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法，并基于器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法提出MOS电阻阵非均匀性修正软件。本发明属于热成像技术领域，具体提供了一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，该修正补偿方法具有下列优点：修正补偿算法实现可操作性强；MOS电阻阵非均匀性修正软件兼容性强，适用于不同平台运行；MOS电阻阵非均匀性修正软件补偿修正速度快，极大的降低修正运行时间；MOS电阻阵非均匀性修正软件可适用于整个MOS电阻阵红外成像技术修正，在红外仿真系统中取得了理想的效果。
Description
技术领域
本发明属于热成像技术领域，具体是指一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法。
背景技术
红外成像制导技术在研究和研制过程中，半实物仿真实验是一个非常重要的技术研究手段，仿真实验贯穿整个制导研制的各个阶段。红外成像技术可以有效地降低武器系统的研制成本与研发周期。在红外成像技术研发过程中，利用计算机图形学和MOS电阻产生目标图像的新技术成为当前以及未来图像目标仿真器的发展趋势。
红外成像技术的关键是计算目标与背景的形状以及温度分布，结合MOS电阻阵形成实时的动态红外图形。红外MOS电阻阵是现代红外成像仿真系统的关键元件，由于MOS电阻阵具有较强的热非均匀性，因此在进行红外仿真时必须对其进行实时补偿。
MOS电阻阵的热非均匀性一直是困扰MOS电阻阵发展的关键性技术问题，为此如何解决这一难题已成为红外成像技术的一个难点。导致MOS电阻阵生成热图像非均匀性的因素很多，通过大量实验以及测试分析，总结出导致红外成像技术的非均匀性的原因有以及下几点：
(1)MOS电阻阵自身的非均匀性：器件自身生产过程时由于自身材质以及生产工艺的问题引入非均匀性，它是导致红外图像非均匀性的主要因素，它包含器件光敏面积不均匀，以及MOS多路开关效率不均匀等；
(2)MOS电阻阵暗电流的不均匀性：由于器件暗电流的不均匀，导致器件探测单元背景电平不均匀；
(3)1/f噪声引起的器件响应的非均匀：不同探测单元1/f噪声不均匀，导致其响应的不均匀；
(4)MOS电阻阵响应的非线性：MOS电阻阵响应存在一定程度的非线性，且不同探测单元非线性特性不均匀。MOS电阻阵各单元电热性能差异，引起发热不均匀，各单元(V,-T)非线性；
(5)与外界输入有关的非线性：当输入光谱特性发生变化时，其响应的不均匀性将会表现出来。
发明内容
针对上述情况红外成像技术的非均匀性的原因，本发明提供了一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法。
针对红外成像技术的非均匀性的原因，本发明采取的技术方案如下：本发明一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，包括：
(1)器件响应的非均匀性补偿法：基于邻域平均补偿法，选择行或列或者小邻域进行补偿处理；通过离线测试，实测得到每行每列或者小邻域的电压特性曲线，建立电压温度补偿数据表，对MOS电阻阵进行修正，实时将修正参数值叠加到灰度值中，对每点进行赋值，这种补偿方法速度快，降低了数据表的大小，并可以根据实际的MOS电阻阵状况进行离线测量，建立数据表格后，通过查表进行实时数据补偿；
(2)背景电平的不均性补偿法：使用衬底补偿，对衬底逐点修正，采用插值法和查表法进行补偿，逐点补偿，根据电阻阵特性，实测128×128数据表，对背景电平进行逐点修正，采用离线生成方法，建立数据表格，使用时进行查表；
(3)基于器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法提出一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿软件，即MOS电阻阵非均匀性修正软件(NUC)，所述MOS电阻阵非均匀性修正软件(NUC)完成电阻阵离线的非均性、非线性测试，测试结果存储为非均运行修正表格文件(NUC.dat)，以二进制的方式保存，通过查表进行非均运性修正。
进一步地，所述一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，具体包括如下工作流程：
(1)获取MOS电阻阵实测的Vs-T数据库，所述Vs-T数据库为不同驱动电压(Vs)下的红外热像仪的实测温度数据库；
(2)采用稀疏网格法(Pixel Gain与Pixel Offset)拟合Vs-T曲线，并计算得到反函数LUT数据库，即T-Vs曲线；
(3)使用MOS电阻阵非均匀性修正软件(NUC)中建立的修正表格文件(NUC.dat)，通过修正表格文件(NUC.dat)实时修正外采得到的红外图像数据，得到DAC驱动电压以达到补偿和对抗MOS电阻阵非均匀性的目的；
(4)将上述修正补偿算法应用于MOS电阻阵驱动控制系统中，即可实现MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿。
本发明一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，针对红外成像技术的非均匀性的原因提出的两种修正数据的补偿方法，即器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法，同时，基于器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法提出了MOS电阻阵非均匀性修正软件，该MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法具有下列优点：
(1)修正补偿算法实现可操作性强；
(2)MOS电阻阵非均匀性修正软件兼容性强，适用于不同平台运行；
(3)MOS电阻阵非均匀性修正软件补偿修正速度快，极大的降低修正运行时间；
(4)MOS电阻阵非均匀性修正软件可适用于整个MOS电阻阵红外成像技术修正，在红外仿真系统中取得了理想的效果，可在工业以及红外技术研发领域内广泛适用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法的修正补偿流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1所示，为MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法的工作流程框图。
热像仪测试电阻阵初始温度值为15.5℃，即电阻阵未接通电压时所产生的对外辐射温度为T0：15.5℃。经过一段时间的电阻阵老炼试验后，施加最大电压所对应的温度值为255.7℃，即在理想情况下电阻阵温度值与电压值之间的线性关系为：
又因电阻阵温度与电压值之间存在非线性关系，根据Vs-T曲线拟合方程可以得到电阻阵的非线性修正关系，即为满足电阻阵实际温度电压对应关系的曲线修正方程为：
T＝0.18+0.1348*Ti-0.00417*Ti2+7.254e-5*Ti3-1.263e-7*Ti4+7.602e-10*Ti5-2.677e-13*Ti6+5.074e-15*Ti7-3.981e-17*Ti8；
其中，Ti＝15.5+63.21*i；
i为输入电压值(0～3.8)。
假设数据点(T，Vsi)(i＝0,1,2...8)
Vsi＝f(T)
Vsi＝a0+a1T1+a2T2+a3T3+···+a8T8
通过最小二乘拟合方法：
其中:
解上述线性方程可得：
a0＝0.18
a1＝0.1348
a2＝0.00417
a3＝7.254e-5
a4＝1.263e-7
a5＝7.602e-10
a6＝2.677e-13
a7＝5.074e-15
a8＝3.981e-17
Vsi＝a0+a1Ti 1+a2Ti 2+a3Ti 3+…+a8Ti 8
则可得:
Vsi＝0.18+0.1348*Ti-0.00417*Ti2+7.254e-5*Ti3-1.263e-7*Ti4+7.602e-10*Ti5-2.677e-13*Ti6+5.074e-15*Ti7-3.981e-17*Ti8。
要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物料或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物料或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，基于邻域平均补偿法，选择行或列或者小邻域进行补偿处理；通过离线测试，实测得到每行每列或者小邻域的电压特性曲线，建立电压温度补偿数据表，对MOS电阻阵进行修正，实时将修正参数值叠加到灰度值中，对每点进行赋值，建立数据表格后，通过查表进行实时数据补偿；
(2)背景电平的不均性补偿法：使用衬底补偿，对衬底逐点修正，采用插值法和查表法进行补偿，逐点补偿，根据电阻阵特性，实测128×128数据表，对背景电平进行逐点修正，采用离线生成方法，建立数据表格，使用时进行查表；
(3)基于器件响应的非均匀性补偿法和背景电平的不均性补偿法提出一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿软件，即MOS电阻阵非均匀性修正软件，所述MOS电阻阵非均匀性修正软件完成电阻阵离线的非均性、非线性测试，测试结果存储为非均运行修正表格文件，以二进制的方式保存，通过查表进行非均运性修正。
2.根据权利要求1所述一种MOS电阻阵非均匀性数据修正补偿方法，具体包括如下工作流程：
(1)获取MOS电阻阵实测的Vs-T数据库，所述Vs-T数据库为不同驱动电压下的红外热像仪的实测温度数据库；
(2)采用稀疏网格法拟合Vs-T曲线，并计算得到反函数LUT数据库，即T-Vs曲线；
(3)使用MOS电阻阵非均匀性修正软件中建立的修正表格文件，通过修正表格文件实时修正外采得到的红外图像数据，得到DAC驱动电压以达到补偿和对抗MOS电阻阵非均匀性的目的；
(4)将上述修正补偿算法应用于MOS电阻阵驱动控制系统中。
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