CN114295224B - 一种红外tdi探测器行频调整系统及方法 - Google Patents

一种红外tdi探测器行频调整系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种红外TDI探测器行频调整系统及方法，包括：数据解码模块，配置用于接收外部扫描系统发送的外部数据，并判断其有效时进行解析，得到用于调整计算的第一行频数据；实时计算模块，配置用于接收所述数据解码模块发送的第一行频数据，并判断其在有效调整范围内时进行调整计算，得到可供探测器识别的第二行频数据；TDI探测器时序驱动模块，配置用于接收所述实时计算模块发送的第二行频数据，并驱动探测器作出相应的响应；数据反馈模块，配置用于将探测器响应结果反馈至外部扫描系统。本申请可在成像过程中进行行频调整，并且与外部扫描系统形成闭环链路，有利于效果评估。

Description

一种红外TDI探测器行频调整系统及方法
技术领域
本申请涉及红外成像技术领域，尤其涉及一种红外TDI探测器行频调整系统及方法。
背景技术
红外TDI探测器作为二代红外探测器的典型代表，通过多级时间延迟积分技术实现曝光时间的积累，具有灵敏度高、可连续探测的特点，由于红外TDI探测器基于特定的像素结构与工作方式，需配合扫描系统实现摆扫、推扫等大幅宽、高分辨率的成像，这要求探测器成像时对应的瞬时视场应与扫描系统的转速精确匹配，否则，扫描速度波动将直接影响光学传递函数，导致成像质量下降。传统红外TDI成像系统工作前通过计算预置行频参数，成像过程中不做更改或通过步进方式微调，调整效率低、精度差，并且相关参数未与扫描系统形成闭环链路，无法保证匹配效果，不利于效果评估，因此，有必要提出一种红外TDI探测器行频调整系统及方法。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种红外TDI探测器行频调整系统及方法。
第一方面，本申请提供一种红外TDI探测器行频调整系统，包括：
数据解码模块，配置用于接收外部扫描系统发送的外部数据，并判断其有效时进行解析，得到用于调整计算的第一行频数据；
实时计算模块，配置用于接收所述数据解码模块发送的第一行频数据，并判断其在有效调整范围内时进行调整计算，得到可供探测器识别的第二行频数据；
TDI探测器时序驱动模块，配置用于接收所述实时计算模块发送的第二行频数据，并驱动探测器作出相应的响应；
数据反馈模块，配置用于将探测器响应结果反馈至外部扫描系统。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述外部数据包括行频调整数据和协议标志位数据。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述数据解码模块通过UART协议接收外部扫描系统发送的外部数据。
第二方面，本申请提供一种红外TDI探测器行频调整方法，所述方法包括如下步骤：
接收外部数据；所述外部数据包括行频调整数据和协议标志位数据；
判断所述协议标志位数据有效时，解析所述行频调整数据，得到第一行频数据；
判断所述第一行频数据在有效调整范围内时，计算所述第一行频数据，得到可供探测器识别的第二行频数据；
写入第二行频数据，以驱动探测器作出相应的响应；
获取探测器的响应结果，并反馈至外部扫描系统。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，采用百分比编码的方式解析所述行频调整数据。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，调用FPGA内部乘加器计算所述第一行频数据，以得到可供探测器识别的第二行频数据。
与现有技术相比，本申请的有益效果：本申请基于红外TDI探测器的工作特点，提供了一种快速、可靠、有效的红外TDI探测器行频调整系统及方法，既可以兼顾传统行频调整方法，又可以提供实时自动修订的行频调整方式，计算过程中通过校验、阈值判断等方式保证数据可靠性，所提供的计算方式以百分比编码方式进行，意义明确易于理解，同时，提供调整结果反馈通路，用于数据的闭环管理和调整效果评估，实践证明，本发明提出的一种红外TDI探测器行频调整方法可提高红外TDI探测成像系统扫描成像匹配精度，方法简单有效，实用性强。
附图说明
图1为本申请实施例1提供的红外TDI探测器行频调整系统的结构示意图；
图2为本申请实施例2提供的红外TDI探测器行频调整方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
实施例1
请参考图1，本实施例提供一种红外TDI探测器行频调整系统，所述系统包括数据解码模块、实时计算模块、TDI探测器时序驱动模块以及数据反馈模块。
所述数据解码模块，配置用于接收外部扫描系统发送的外部数据，并判断其有效时进行解析，得到用于调整计算的第一行频数据。所述数据解码模块通过UART协议接收外部扫描系统发送的外部数据；所述外部数据包括行频调整数据和协议标志位数据。
所述实时计算模块，配置用于接收所述数据解码模块发送的第一行频数据，并判断其在有效调整范围内时进行调整计算，得到可供探测器识别的第二行频数据。所述实时计算模块在判断第一行频数据处于有效调整范围内时，通过特定的计算结构计算出调整后的可用于探测器行频控制的参数。
所述TDI探测器时序驱动模块，配置用于接收所述实时计算模块发送的第二行频数据，并驱动探测器作出相应的响应；所述TDI探测器时序驱动模块用于实现TDI探测器的时序驱动，当其接收到有效的行频参数之后，利用所设定的寄存器修改时间窗口完成行频调整参数的输入修改，并依次驱动探测器在新的行频下工作。具体地，所述TDI探测器时序驱动模块通过FPGA产生探测器工作时序，在工作时序中设置时间窗口用于行频参数更新，所述TDI探测器时序驱动模块接收所述实时计算模块计算转换后的行频控制参数，在所设定的寄存器修改时间窗口完成行频调整参数的输入修改，所述红外TDI探测器在下一行输出时便可工作在新的行频参数下，所述TDI探测器时序驱动模块确认正确配置参数后，将新的行频参数传递给所述数据反馈模块。
所述数据反馈模块，配置用于将探测器响应结果反馈至外部扫描系统；所述数据反馈模块确认参数是否正确配置，若所述红外TDI探测器已经正确响应，则说明已配置结果有效，所述数据反馈模块提供一条闭环通路，将调整后的行频参数回传给外部扫描系统用于结果校验及后期效果分析。
本实施例提供的红外TDI探测器行频调整系统，能够提供灵活的配置方式，可根据外部扫描系统提供的数据实时调整行频参数，快速实现高精度的扫描成像匹配，并能辅助系统进行效果评估，保障成像质量。
实施例2
本实施例提供一种红外TDI探测器行频调整方法，其方法流程图如图2所示，所述方法基于实施例1所述的红外TDI探测器行频调整系统，包括如下步骤：
S1、接收外部数据。
外部扫描系统通过UART协议向数据解码模块发送外部数据，所述外部数据包括行频调整数据和协议标志位数据，所述协议标志位数据用于进行传输校验，即用于判断接收的所述外部数据是否为用于行频调整的数据。
S2、判断所述协议标志位数据有效时，解析所述行频调整数据，得到第一行频数据。
本方法中，所述数据解码模块利用FPGA接收经UART协议发来的外部数据，并通过所述协议标志位数据来校验传输的行频调整数据的有效性，当判断有效时，按照设定规则对所述行频调整数据进行解析，得到第一行频数据。
有效的行频调整数据是以正负百分比编码的调整量，考虑实际扫描成像过程中速度调整范围不大，可将调整范围限制在[-10％，+10％]之间，为保证精度，采用千分位为最小度量单位，即调整量以[-100，+100]的整形变量表示，可以理解为，当需要在基准值基础上调整10％时，所述行频调整数据为+100，当需要在基准值基础上调整-10％时，所述行频调整数据为-100；FPGA中设置8bit位宽寄存器存储百分比调整参量，最高位代表符号，其余7bit用于实际数据存储，可覆盖[-100，+100]数据范围。
例如，外部传入的调整参量为-40，代表在基准值基础上减小4％，-40为有符号数编码，数据解码模块接收并解析出的有效的第一行频数据为0xD8。具体地，0xD8为十六进制，其转换为二进制为11011000，最高位为符号位，符号位为1说明为负数，则其余位按位取反加1即可，其余7位按位取反后为0100111，转换成十进制为39，再加1即为40，再结合符号位即得到-40，即行频调整数据-40经数据解码模块解析后得到的第一行频数据为0xD8，-40意味着需要在基准值基础上减小4％。
S3、判断所述第一行频数据在有效调整范围内时，计算所述第一行频数据，得到可供探测器识别的第二行频数据。
所述数据解码模块完成解析得到第一行频数据后，会将第一行频数据发送至实时计算模块，实时计算模块接收第一行频数据后，首先进行判断，判断其在设定的有效调整范围内时，才开始对其进行计算，以得到可供探测器识别的第二行频数据，当判断不在设定的有效调整范围内，即调整量过大或者过小时认为其属于异常值，则不予以处理。
对于是否在有效调整范围内的判断，即是指实时计算模块接收到的第一行频数据是否位于有效调整范围内，对于本实施例来说，有效调整范围为[-100，+100]，而步骤S2中采用8bit位宽寄存器存储百分比调整参量，经步骤S2解析得到的第一行频数据的范围在-128～+127之间，因此，需要判断其是否位于有效调整范围-100～+100内。
当实时计算模块接收并判断第一行频数据在有效调整范围内后，需要对其进行计算，具体地，实时计算模块调用FPGA内部乘加器MultiplyAdder模块结构进行数值计算，采用定点方式计算，计算方法为P＝A*x+B，其中x为调整量，A为基准行频值计算形式1，具体为(基准行频值÷1000*65536)形式，因此A取16bit无符号数，B为基准行频值计算形式2，具体为(基准行频值*65536)形式，因此B取32bit无符号数。
接下来，举例说明实时计算模块的计算过程，假设基准行频值为100，实时计算模块所接收到的第一行频数据其对应的调整量为10％，即实际的调整量为基准行频值100除以1000，结果为0.1，而在FPGA中存储的均为二进制，无法直接计算，因此，首先将基准行频值乘65536，即将基准行频值先扩大然后再去除以1000，此时计算得到的A*x＝65536*10，此为扩大后的调整量；B相当于将基准行频值扩大65536，即B＝65536*100，此时会得到P的值，此时的为扩大了65536倍后的数值，再用P除以65536即可，除以65536相当于将32位的寄存器取高16位，因为右移16位相当于除以216＝65536。按照上述方法，将P的值取16位后即为第二行频数据，其对应的十进制为110。
在本实施例中，调整量x取-40，x取8bit有符号数，为满足实际计算位宽需求，将x设置为16bit有符号数，若x为正数，则高8bit补0，若x为负数，则高8bit补1，根据该方式计算，P＝A*x+B实际的计算结果的将体现在寄存器的高16bit，即第二行频数据，其对应的十进制为96。
S4、写入第二行频数据，以驱动探测器作出相应的响应。
所述实时计算模块计算得到的第二行频数据为探测器可识别的行频参数，所述实时计算模块将所述第二行频数据发送至TDI探测器时序驱动模块；所述TDI探测器时序驱动模块通过FPGA产生探测器驱动时序所需的MC、INT、SERDAT信号，并在探测器每个行周期空闲电平时段设置一个MC的时间窗口用于SERDAT数据的更新，所述实时计算模块的计算结果可通过该时间窗口更新到SERDAT数据中，探测器识别该数据并按照设定值工作，即作出相应的响应。
S5、获取探测器的响应结果，并反馈至外部扫描系统。
所述数据反馈模块判断探测器是否已响应行频调整，如果正确响应，则所述数据反馈模块将相应的结果数据利用FPGA进行数据编码，然后通过UART协议发出至外部扫描系统，其中，结果数据包含已响应的所述行频调整数据和所述协议标志位数据。
本实施例提供的红外TDI探测器行频调整方法，能为红外TDI探测器扫描成像匹配提供灵活的配置方式，支持手动设定与自动修订工作模式，自动修订工作模式可根据外部扫描系统提供的数据实时调整行频参数，同时，本方法提供行频调整反馈通路，用于结果校验与效果评估，行频调整参数采用百分比的编码方式，接口友好，易于理解和统计。
本申请基于红外TDI探测器工作特点，提供了一种快速、可靠、有效的红外TDI探测器行频调整系统及方法，既可以兼顾传统行频调整方法，又可以提供实时自动修订的行频调整方式，计算过程中通过校验、阈值判断等方式保证数据可靠性，所提供的计算方式以百分比编码方式进行，意义明确易于理解，同时，提供调整结果反馈通路，用于数据的闭环管理和调整效果评估，实践证明，本发明提出的一种红外TDI探测器行频调整方法可提高红外TDI探测成像系统扫描成像匹配精度，方法简单有效，实用性强。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种红外TDI探测器行频调整系统，其特征在于，包括：
数据解码模块，配置用于接收外部扫描系统发送的外部数据，所述外部数据包括行频调整数据和协议标志位数据；所述数据解码模块还配置用于判断所述协议标志位数据有效时，解析所述行频调整数据，得到用于调整计算的第一行频数据；
实时计算模块，配置用于接收所述数据解码模块发送的第一行频数据，并判断其在有效调整范围内时进行调整计算，得到可供探测器识别的第二行频数据；所述实时计算模块在判断第一行频数据处于有效调整范围内时，计算出调整后的可用于探测器行频控制的参数；
TDI探测器时序驱动模块，配置用于接收所述实时计算模块发送的第二行频数据，并驱动探测器作出相应的响应；所述TDI探测器时序驱动模块通过FPGA产生探测器工作时序，在工作时序中设置时间窗口用于行频参数更新，所述TDI探测器时序驱动模块接收所述实时计算模块计算转换后的行频控制参数，在所设定的寄存器修改时间窗口完成行频调整参数的输入修改，所述红外TDI探测器在下一行输出时便可工作在新的行频参数下；
数据反馈模块，配置用于将探测器响应结果反馈至外部扫描系统；若所述红外TDI探测器已经正确响应，则说明已配置结果有效，所述数据反馈模块提供一条闭环通路，将调整后的行频参数回传给外部扫描系统用于结果校验及后期效果分析。
2.根据权利要求1所述的红外TDI探测器行频调整系统，其特征在于，所述数据解码模块通过UART协议接收外部扫描系统发送的外部数据。
3.一种如权利要求1或2所述的红外TDI探测器行频调整系统的调整方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
接收外部数据；
判断所述协议标志位数据有效时，解析所述行频调整数据，得到第一行频数据；
判断所述第一行频数据在有效调整范围内时，计算所述第一行频数据，得到可供探测器识别的第二行频数据；
写入第二行频数据，以驱动探测器作出相应的响应；
获取探测器的响应结果，并反馈至外部扫描系统。
4.根据权利要求3所述的红外TDI探测器行频调整方法，其特征在于，采用百分比编码的方式解析所述行频调整数据。
5.根据权利要求3所述的红外TDI探测器行频调整方法，其特征在于，调用FPGA内部乘加器计算所述第一行频数据，以得到可供探测器识别的第二行频数据。
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