CN112146785A - 一种光电焦平面的衬底温度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电焦平面的衬底温度测量方法，用于针对矩形的光电焦平面的衬底进行温度测量，通过在光电焦平面的衬底的四个顶角处分别设置一个片上温度传感器，各片上温度传感器实时采集衬底温度，通过对衬底进行行列划分，进而获取多个像元，根据各片上温度传感器采集的温度值和与各像元对应的行列坐标，获取各像元的温度值；本发明提供的方法，能够精确测量衬底中各行各列的像元温度，适用于对光电焦平面的衬底的相关参数进行逐点校正，达到提高输出图像的质量的目的。

Description

一种光电焦平面的衬底温度测量方法

技术领域

本发明涉及焦平面技术领域，具体涉及一种光电焦平面的衬底温度测量方法。

背景技术

光电焦平面探测器相对制冷型红外探测器，有无需制冷、体积小、操作简单、高性能和低价位等诸多优点，在军事、工业、医药、科研等领域有着广泛的应用。光电焦平面探测器由于其不具有制冷装置(TEC)，探测器会随着环境温度的改变产生温度漂移现象。温度漂移现象会造成光电焦平面阵列探测器非均匀性问题，影响探测器的响应特性，从而导致探测质量下降，图像失真。

探测器芯片的非均匀性会降低成像质量，因此需要进行非均匀性校正。光电焦平面探测器非均匀性校正的关键技术：按校正实现的位置可以分为片外校正和片上校正两种。温度定标校正算法是比较简单也是很常用的一种校正算法。

传统的温度定标校正算法是在焦平面阵列的一侧集成一个片上温度传感器，实时监测衬底的温度，以便计算和提取相关的校正参数。然而由于探测器阵列的扩大，采用单个片上温度传感器采集的温度信息代表整个探测器阵列的衬底温度会带来较大误差。

发明内容

本发明的目的：提供一种适应性强、测量精度高的光电焦平面的衬底温度测量方法。

技术方案：本发明提供的方法用于针对矩形的光电焦平面的衬底进行温度测量，其特征在于，基于光电焦平面的衬底的四个顶角处分别设置一个片上温度传感器，所述方法包括如下步骤：

步骤A：以光电焦平面的衬底中的任一侧边为行坐标轴，与该侧边相邻的一条侧边为列坐标轴，以该两条侧边相交的顶角为原点，构建行列坐标系；

按照预设的行间距将光电焦平面的衬底均分为M行，按照预设的列间距将光电焦平面的衬底均分为N列，进而获取M×N个像元，然后进入步骤B；

步骤B：基于光电焦平面衬底四个顶角的列行坐标分别为(0，0)、(0，M)、(N，0)、(N，M)，以及顶角(0,0)、顶角(0，M)、顶角(N，0)、顶角(N，M)各位置分别所对应片上温度传感器检测的温度值t₁、t₂、t₃、t₄；执行步骤a和步骤b，然后进入步骤C；

步骤a：根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的行数，构建点坐标(0，t₁)、(M，t₂)、(0，t₃)、(M，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(M，t₂)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第一表达式，进而获取光电焦平面衬底第m行的第一温度T_m，0≤m≤M；

对点坐标(0，t₃)、(M，t₄)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第二表达式，进而获取光电焦平面衬底第m行的第二温度T'_m；

步骤b：根据各顶角处的片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的列数，构建点坐标(0，t₁)、(0，t₂)、(N，t₃)、(N，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(N，t₃)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第一表达式，进而获取光电焦平面衬底第n列的第一温度T_n，0≤n≤N；

对点坐标(0，t₂)、(M，t₄)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第二表达式，进而获取光电焦平面衬底第n列的第二温度T'_n；

步骤C：根据T_m、T'_m，按如下公式：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第一温度T(sub)₁；其中，i₁、i₂分别和列数n相关的比例因子；

根据T_n、T'_n，按如下公式：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第二温度T(sub)₂，进入步骤D；其中，j₁、j₂分别为和行数m相关的比例因子；

步骤D：根据公式：

获取光电焦平面的衬底中第m行第n列像元的温度T(sub)_m,n。

优选的，在步骤C中，i₁＝n/N,i₂＝(N-n)/N。

优选的，在步骤C中，j₁＝m/M,j₂＝(M-m)/M。

进一步的，在步骤a中，根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的行数，构建点坐标(0，t₁)、(M，t₂)、(0，t₃)、(M，t₄)；对点坐标(0，t₁)、(M，t₂)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第一表达式如下：

T_m＝k₁·m+b₁

其中，k₁和b₁分别为常数，

b₁＝t₁。

对点坐标(0，t₃)、(M，t₄)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第二表达式如下：

T'_m＝k₂·m+b₂

其中，k₂和b₂分别为常数，

b₂＝t₃。

进一步的，在步骤b中，根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的列数，构建点坐标(0，t₁)、(0，t₂)、(N，t₃)、(N，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(N，t₃)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第一表达式如下：

T_n＝k₃·n+b₃

其中，k₃和b₃分别为常数，

b₁＝t₁；

对点坐标(0，t₂)、(N，t₄)进行两点拟合，获取列数和温度之间的第二表达式如下：

T'_n＝k₄·n+b₄

其中，k₄和b₄分别为常数，

b₄＝t₂。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的方法，将光电焦平面的衬底分为多个像元，根据四个设置在光电焦平面的衬底顶角处的片上温度传感器对光电焦平面的衬底温度进行测试，进而获取各个像元的温度，测量精度高。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的光电焦平面的衬底中片上温度传感器集成位置和阵列示意图；

图2是根据本发明实施例提供的衬底温度测量算法中各比例因子选取示意图；

图3是根据本发明实施例提供的温度测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，术语“左上”、“左下”、“右上”、“右下”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构图和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的光电焦平面的衬底温度测量方法，基于光电焦平面的衬底的四个顶角处分别集成一个片上温度传感器，对矩形的光电焦平面的衬底进行温度测量，在进行测量时。参照图1、图2在本发明实施例中，四个片上温度传感器分别设置在光电焦平面的衬底的左上角、左下角、右上角、右下角，四个片上温度传感器实时监测衬底的温度。

参照图3，测量方法具体包括如下步骤：

步骤A：以光电焦平面的衬底中的右侧的侧边为行坐标轴，与下方的侧边为列坐标轴，以该左下角的顶角为原点，构建行列坐标系；

按照预设的行间距将光电焦平面的衬底均分为M行，按照预设的列间距将光电焦平面的衬底均分为N列，进而获取M×N个像元，然后进入步骤B；

步骤B：基于光电焦平面衬底四个顶角的列行坐标分别为(0，0)、(0，M)、(N，0)、(N，M)，以及顶角(0,0)、顶角(0，M)、顶角(N，0)、顶角(N，M)各位置分别所对应片上温度传感器检测的温度值分别标记为t₁、t₂、t₃、t₄，对应的传感器分别标记为温度传感器T(sub)_左下、T(sub)_左上、T(sub)_右下、T(sub)_右上；执行步骤a和步骤b，然后进入步骤C；

步骤a：根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的行数，构建点坐标(0，t₁)、(M，t₂)、(0，t₃)、(M，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(M，t₂)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第一表达式：

T_m＝k₁·m+b₁ (1)

其中，k₁和b₁分别为常数，

b₁＝t₁。

根据上述行数与温度之间的第一表达式，获取光电焦平面衬底第m行的第一温度T_m，0≤m≤M；

对点坐标(0，t₃)、(M，t₄)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第二表达式如下：

T'_m＝k₂·m+b₂ (2)

其中，k₂和b₂分别为常数，

b₂＝t₃。

根据上述行数与温度之间的第二表达式，获取光电焦平面衬底第m行的第二温度T'_m。

步骤b：根据各顶角处的片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的列数，构建点坐标(0，t₁)、(0，t₂)、(N，t₃)、(N，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(N，t₃)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第一表达式如下：

T_n＝k₃·n+b₃ (3)

其中，k₃和b₃分别为常数，

b₁＝t₁；

根据上述列数与温度之间的第一表达式，获取光电焦平面衬底第n列的第一温度T_n，0≤n≤N；

对点坐标(0，t₂)、(N，t₄)进行两点拟合，获取列数和温度之间的第二表达式如下：

T'_n＝k₄·n+b₄ (4)

其中，k₄和b₄分别为常数，

b₄＝t₂。

根据上述列数和温度之间的第二表达式，获取光电焦平面衬底第n列的第二温度T'_n；步骤C：根据T_m、T'_m，按照公式(5)：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第一温度T(sub)₁，i₁、i₂为比例因子.

在一个实施例中，i₁＝n/N,i₂＝(N-n)/N；i₁+i₂＝1，则公式(5)简化为：

T(sub)₁＝i₁·T_m+i₂·T'_m (6)

根据T_n、T'_n，按如下公式：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第二温度T(sub)₂，进入步骤D；其中，j₁、j₂为比例因子。

在一个实施例中，j₁＝m/M,j₂＝(M-m)/M；j₁+j₂＝1，则公式(7)简化为：：

T(sub)₂＝j₁·T_n+j₂·T'_n (8)

步骤D：根据公式(9)：

获取光电焦平面的衬底中第m行第n列像元的温度T(sub)_m,n。

为了更好的实现输出与衬底温度无关，在根据上述方法获得了衬底中各像元的温度后，计算并提取相关的校正参数，为光电焦平面探测器的输出进行的失调(Voffset)和增益(g)校正提供精确的校正参数，包括片上校正和片外校正。

本发明提供的光电焦平面的衬底温度测量方法，通过实时监测衬底的温度，实现对衬底中划分出的各像元温度的测量，测量的精确度高、误差小，通过获取各行各列像元的衬底的温度，为逐点校正提供相关校正参数，提高输出图像的质量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种光电焦平面的衬底温度测量方法，用于针对矩形的光电焦平面的衬底进行温度测量，其特征在于，基于光电焦平面的衬底的四个顶角处分别设置一个片上温度传感器，所述方法包括如下步骤：

步骤A：以光电焦平面的衬底中的任一侧边为行坐标轴，与该侧边相邻的一条侧边为列坐标轴，以该两条侧边相交的顶角为原点，构建行列坐标系；

按照预设的行间距将光电焦平面的衬底均分为M行，按照预设的列间距将光电焦平面的衬底均分为N列，进而获取M×N个像元，然后进入步骤B；

步骤B：基于光电焦平面衬底四个顶角的列行坐标分别为(0，0)、(0，M)、(N，0)、(N，M)，以及顶角(0,0)、顶角(0，M)、顶角(N，0)、顶角(N，M)各位置分别所对应片上温度传感器检测的温度值t₁、t₂、t₃、t₄；执行步骤a和步骤b，然后进入步骤C；

步骤a：根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的行数，构建点坐标(0，t₁)、(M，t₂)、(0，t₃)、(M，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(M，t₂)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第一表达式，进而获取光电焦平面衬底第m行的第一温度T_m，0≤m≤M；

对点坐标(0，t₃)、(M，t₄)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第二表达式，进而获取光电焦平面衬底第m行的第二温度T'_m；

步骤b：根据各顶角处的片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的列数，构建点坐标(0，t₁)、(0，t₂)、(N，t₃)、(N，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(N，t₃)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第一表达式，进而获取光电焦平面衬底第n列的第一温度T_n，0≤n≤N；

对点坐标(0，t₂)、(N，t₄)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第二表达式，进而获取光电焦平面衬底第n列的第二温度T′_n；

步骤C：根据T_m、T'_m，按如下公式：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第一温度T(sub)₁；其中，i₁、i₂分别为和列数n相关的比例因子；

根据T_n、T′_n，按如下公式：

获取光电焦平面的衬底第m行第n列位置像元的第二温度T(sub)₂，进入步骤D；其中，j₁、j₂分别为和行数m相关的比例因子；

步骤D：根据公式：

获取光电焦平面的衬底中第m行第n列像元的温度T(sub)_m,n。

2.根据权利要求1所述的光电焦平面的衬底温度测量方法，其特征在于，在步骤C中，i₁＝n/N,i₂＝(N-n)/N。

3.根据权利要求1所述的光电焦平面的衬底温度测量方法，其特征在于，在步骤C中，j₁＝m/M,j₂＝(M-m)/M。

4.根据权利要求1所述的光电焦平面的衬底温度测量方法，其特征在于，在步骤a中，根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的行数，构建点坐标(0，t₁)、(M，t₂)、(0，t₃)、(M，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(M，t₂)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第一表达式如下：

T_m＝k₁·m+b₁；

其中，k₁和b₁分别为常数，

对点坐标(0，t₃)、(M，t₄)进行两点拟合，获取行数与温度之间的第二表达式如下：

T'_m＝k₂·m+b₂

其中，k₂和b₂分别为常数，

5.根据权利要求1所述的光电焦平面的衬底温度测量方法，其特征在于，在步骤b中，根据各顶角处片上温度传感器检测的温度值，以及各片上温度传感器所在的顶角对应的列数，构建点坐标(0，t₁)、(0，t₂)、(N，t₃)、(N，t₄)；

对点坐标(0，t₁)、(N，t₃)进行两点拟合，获取列数与温度之间的第一表达式如下：

T_n＝k₃·n+b₃

其中，k₃和b₃分别为常数，

对点坐标(0，t₂)、(N，t₄)进行两点拟合，获取列数和温度之间的第二表达式如下：

T'_n＝k₄·n+b₄

其中，k₄和b₄分别为常数，

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