RU2449491C1 - Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector - Google Patents

Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector Download PDF

Info

Publication number
RU2449491C1
RU2449491C1 RU2010147160/28A RU2010147160A RU2449491C1 RU 2449491 C1 RU2449491 C1 RU 2449491C1 RU 2010147160/28 A RU2010147160/28 A RU 2010147160/28A RU 2010147160 A RU2010147160 A RU 2010147160A RU 2449491 C1 RU2449491 C1 RU 2449491C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plane
array
photodetector
defocusing
image
Prior art date
Application number
RU2010147160/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Иванович Кремис (RU)
Игорь Иванович Кремис
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН)
Priority to RU2010147160/28A priority Critical patent/RU2449491C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2449491C1 publication Critical patent/RU2449491C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: method includes receive of radiation flux and processing the signal from photodetector by formula
Figure 00000010
where Si,j is aligned image array; Tiny - output array of image incoming from multielement photodetector and formed as result of recorded radiation effect; Tfoni,j - array of compensated constant components of signals from photosensitive elements, resulting from defocusing; ki,j - array of correction factors of multielement photodetector elements sensitivity; i - number of pixel in image array row; j - number of image array row. Tfoni,j is obtained due to insertion of defocusing element in optical path of optical system which element shifts image plane to cold diaphragm plane or to intermediate plane between cold diaphragm plane and photosensitive elements plane. To obtain Tin i,j the defocusing element is drawn from optical path.
EFFECT: lower hardware costs, higher processability, flexibility and reliability of compensation of elements signal constant component irregularity, achieving its quality independence from range of changing of external background radiation and incoming flux dynamics, higher image quality.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике формирования изображений, в частности, к системам оптико-электронных приборов формирования и обработки инфракрасных изображений (ИК), в которых актуальна задача коррекции тепловизионного изображения, связанная с компенсацией неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов, и может быть использовано для разработки и создания тепловизионных систем и приборов различного назначения с матричными фотоприемными устройствами (МФПУ).The invention relates to techniques for imaging, in particular, to systems of optoelectronic devices for forming and processing infrared images (IR), in which the task of correcting a thermal image associated with compensating for heterogeneity of the DC component of the signal of photosensitive elements is relevant, and can be used to develop and creating thermal imaging systems and devices for various purposes with matrix photodetectors (MFPU).

Известно техническое решение, в котором описан способ компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника (патент РФ №2066057 на изобретение, МПК: 6 H04N 5/33), заключающийся в том, что осуществляют формирование кода компенсации фонового сигнала и дрейфа сигнала для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника; формирование кода коррекции чувствительности для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника; прием подлежащего регистрации потока излучения. На фотоприемник осуществляют подачу первого опорного потока излучения при отсутствии приема подлежащего регистрации потока излучения с формированием и запоминанием электрического сигнала, вырабатываемого при реагировании на первый опорный поток излучения, и компенсацией фоновой составляющей сигнала фотоприемника при приеме подлежащего регистрации потока излучения путем суммирования электрического сигнала от регистрируемого потока излучения с электрическим сигналом, в отношении которого осуществлено запоминание. При этом в течение приема первого опорного потока излучения формируют и запоминают электрический сигнал компенсации фонового сигнала и дрейфа сигнала для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника. Дополнительно, при отсутствии приема подлежащего регистрации потока излучения осуществляют подачу второго опорного потока излучения с формированием и запоминанием электрического сигнала коррекции чувствительности для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника. При приеме подлежащего регистрации потока излучения одновременно с компенсацией фонового сигнала и дрейфа сигнала для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника путем суммирования предварительно обработанного сигнала соответствующего элемента с сигналом компенсации его фонового сигнала, в отношении которого осуществлено запоминание, и дрейфа сигнала осуществляют коррекцию чувствительности для каждого фоточувствительного элемента фотоприемника путем изменения амплитуды просуммированного сигнала для каждого фоточувствительного элемента в соответствии с сигналом коррекции его чувствительности, в отношении которого осуществлено запоминание. В способе величину первого опорного потока излучения устанавливают пропорционально величине потока внешнего фонового излучения. Процесс компенсации состоит в периодически выполняемой процедуре определения корректирующих коэффициентов и непрерывно выполняемой процедуре корректировки сигналов.A technical solution is known that describes a method for compensating for signal heterogeneity of photosensitive elements of a multi-element photodetector (RF patent No. 2066057 for invention, IPC: 6 H04N 5/33), which consists in generating a compensation code for the background signal and signal drift for each photosensitive element photodetector; generating a sensitivity correction code for each photosensitive element of the photodetector; reception of the radiation flux to be recorded. The first reference radiation stream is supplied to the photodetector when there is no reception of the radiation stream to be registered with the formation and storage of the electrical signal generated by responding to the first reference radiation stream, and the background component of the photodetector is compensated for when the radiation stream to be registered is received by summing the electric signal from the detected stream radiation with an electrical signal in respect of which memorization is made. At the same time, during the reception of the first reference radiation flux, an electrical signal for compensating the background signal and signal drift is generated and stored for each photosensitive element of the photodetector. Additionally, in the absence of reception of the radiation flux to be recorded, a second reference radiation flux is supplied with the formation and storage of an electric sensitivity correction signal for each photosensitive element of the photodetector. Upon receipt of the radiation flux to be recorded simultaneously with the compensation of the background signal and signal drift for each photosensitive element of the photodetector by summing the pre-processed signal of the corresponding element with the compensation signal of its background signal, for which the memorization was carried out, and the signal drift, sensitivity correction is performed for each photosensitive element of the photodetector by changing the amplitude of the summed signal for each photosensitivity itelnogo element in accordance with its sensitivity correction signal in respect of which effected memorization. In the method, the magnitude of the first reference radiation flux is set in proportion to the magnitude of the external background radiation flux. The compensation process consists of a periodically performed procedure for determining correction factors and a continuously performed procedure for adjusting signals.

К недостаткам приведенного технического решения относятся: относительно высокие аппаратные затраты электронной системы тепловизионного прибора (ТВП) на реализацию компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов; невысокая технологичность и универсальность компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала; недостаточно удовлетворительное качество тепловизионного изображения, в частности, получаемого с фотоприемника на основе твердого раствора теллуридов кадмия и ртути; невысокая надежность компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов; зависимость качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов в широком диапазоне изменения внешнего фонового излучения; зависимость качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов от динамики изменения входного потока внешнего фонового излучения.The disadvantages of the above technical solutions include: the relatively high hardware costs of the electronic system of a thermal imaging device (TVP) for the implementation of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal of photosensitive elements; low manufacturability and universality of compensation for heterogeneity of the DC component of the signal; insufficiently satisfactory quality of a thermal imaging image, in particular, obtained from a photodetector based on a solid solution of cadmium tellurides and mercury; low reliability of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements; the dependence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements in a wide range of changes in the external background radiation; the dependence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal of the elements from the dynamics of changes in the input stream of external background radiation.

Недостатки обуславливают следующие причины. Во-первых, существует необходимость установки величины первого опорного потока излучения пропорционально величине потока внешнего фонового излучения, что требует использования опорного источника излучения с возможностью регулировки потока излучения. Данное обстоятельство соответственно требует дополнительных средств контроля и оценки величины входного потока от опорного источника. Во-вторых, для обеспечения качественной и надежной компенсации темновой составляющей сигнала фотоэлементов МФПУ требуется обеспечить непрерывный контроль величины входного потока внешнего фонового излучения, в соответствии с которым необходимо устанавливать величину потока опорного источника излучения. Данное обстоятельство ограничивает возможность наблюдения сцен с высокой динамикой, при которой характерна быстрая смена величины потока внешнего фонового излучения. Это связано, прежде всего, с быстродействием системы регулирования потока излучения опорного источника, со способностью системы регулирования быстро подстраивать величину потока излучения опорного источника в соответствии с величиной входного потока внешнего фонового излучения. В-третьих, реализация способа приводит к большим габаритам, массе и энергопотреблению электронной системы ТВП, обеспечивающей компенсацию неоднородности постоянной составляющей сигналов фоточувствительных элементов, и кроме того, к большим габаритам и массе оптико-механической системы ТВП, обеспечивающей реализацию компенсации неоднородности постоянной составляющей сигналов фоточувствительных элементов.The disadvantages are caused by the following reasons. First, there is a need to set the magnitude of the first reference radiation flux in proportion to the magnitude of the external background radiation flux, which requires the use of a reference radiation source with the ability to adjust the radiation flux. This circumstance, respectively, requires additional means of monitoring and evaluating the magnitude of the input stream from the reference source. Secondly, to ensure high-quality and reliable compensation of the dark component of the signal of the MFPU photocells, it is necessary to provide continuous monitoring of the input flux of external background radiation, in accordance with which it is necessary to establish the flux of the reference radiation source. This circumstance limits the possibility of observing scenes with high dynamics, in which a rapid change in the magnitude of the external background radiation flux is characteristic. This is due, first of all, to the speed of the control system for the radiation flux of the reference source, to the ability of the control system to quickly adjust the radiation flux of the reference source in accordance with the value of the input flux of external background radiation. Thirdly, the implementation of the method leads to the large dimensions, mass and power consumption of the TVP electronic system, providing compensation for the heterogeneity of the DC component of the photosensitive elements, and in addition to the large dimensions and mass of the optical-mechanical TVP system, which provides compensation for the inhomogeneity of the constant component of the photosensitive signals elements.

Известен способ компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника (В.Н.Соляков, С.И.Жегалов, Л.Д.Саганов, А.М.Филачев, К.О.Болтарь, И.Д.Бурлаков, А.Н.Свиридов «Метод коррекции неоднородности многоэлементных фотоприемных устройств по сигналам сцены». Прикладная физика. - 2008 г. - №1. - с.с.60-70), взятый за ближайший аналог, заключающийся е том, что осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала, по сигналам, получаемым при регистрации сцены, определяют межэлементные связи неоднородности соседних элементов, а затем корректирующие коэффициенты для всех элементов, обеспечивающие устранение неоднородности выходных сигналов, производят корректировку в динамическом диапазоне сигналов, регистрируют их фотоприемником. Для каждого элемента определяют пару корректирующих коэффициентов - по смещению и чувствительности, при достаточном уровне изменчивости сцены на элементе. При недостаточной изменчивости сцены производят одноточечную коррекцию. По реализации в основе способа лежит метод двухточечной коррекции, в зависимости от сцены используют адаптацию к одно- или совместно к двух- и одноточечной коррекции. Процесс коррекции состоит в периодически выполняемой процедуре определения корректирующих коэффициентов и непрерывно выполняемой процедуре корректировки сигналов.A known method of compensating for signal heterogeneity of the photosensitive elements of a multi-element photodetector (V.N. Solyakov, S.I. Zhegalov, L.D. Saganov, A.M. Filachev, K.O. Boltar, I.D. Burlakov, A.N. Sviridov “Method for correcting the heterogeneity of multi-element photodetectors based on scene signals.” Applied Physics. - 2008 - No. 1. - pp. 60-70), taken as the closest analogue, consisting in the fact that the radiation flux to be recorded is received and they process the signal generated by the photodetector, according to the signals received when reg tration scene determined interelement communication inhomogeneities of adjacent elements, then the correction factors for all elements providing outputs of eliminating nonuniformity produce the dynamic correction signals in the range of register photodetector. For each element, a pair of correction coefficients is determined - by offset and sensitivity, with a sufficient level of scene variability on the element. With insufficient scene variability, a one-point correction is performed. According to the implementation, the method is based on the two-point correction method, depending on the scene, adaptation to one or two-point and one-point correction is used. The correction process consists of a periodically performed procedure for determining correction factors and a continuously performed procedure for adjusting signals.

Результат коррекции зависит от сцены. Показано, что условием точного корректирования является межэлементное равенство средних потоков и средних отклонений сцены.The result of the correction depends on the scene. It is shown that the condition for accurate correction is the inter-element equality of average flows and average deviations of the scene.

К недостаткам приведенного технического решения относятся: высокие аппаратные затраты электронной системы ТВП на реализацию компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов; невысокая технологичность и универсальность компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала; недостаточно удовлетворительное качество тепловизионного изображения, в честности, получаемого с фотоприемника на основе твердого раствора теллуридов кадмия и ртути; невысокая надежность компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов, зависящая от контрастности наблюдаемых сцен; зависимость качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов в широком диапазоне изменения внешнего фонового излучения; зависимость качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов от динамики изменения входного потока внешнего фонового излучения.The disadvantages of the technical solution include: high hardware costs of the TVP electronic system for the implementation of compensation for the heterogeneity of the constant component of the signal of the photosensitive elements; low manufacturability and universality of compensation for heterogeneity of the DC component of the signal; insufficiently satisfactory quality of the thermal imaging image, in honesty, obtained from a photodetector based on a solid solution of cadmium and mercury tellurides; low reliability of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements, depending on the contrast of the observed scenes; the dependence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements in a wide range of changes in the external background radiation; the dependence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal of the elements from the dynamics of changes in the input stream of external background radiation.

Причина недостатков заключается в том, что способ компенсации базируется на использовании сигналов сцены.The reason for the disadvantages is that the compensation method is based on the use of scene signals.

Применение компенсации по сигналам сцены, с одной стороны, позволяет упростить оптико-механическую часть ТВП, однако, с другой стороны, требует значительных вычислительных ресурсов. В свою очередь, это обстоятельство влечет за собой увеличение массы, габаритов и энергопотребления электронной системы ТВП. Осуществление компенсации по сигналам сцены требует применения сложных вычислительных алгоритмов и высокой точности анализа, что определяет задачу достижения качественной и надежной компенсации по сцене как труднореализуемую.The use of compensation for scene signals, on the one hand, allows us to simplify the optomechanical part of the TVP, however, on the other hand, it requires significant computational resources. In turn, this circumstance entails an increase in the mass, dimensions and energy consumption of the TVP electronic system. Compensation based on scene signals requires the use of sophisticated computational algorithms and high accuracy analysis, which determines the task of achieving high-quality and reliable scene compensation as difficult to implement.

Использование одноточечной коррекции чувствительности при недостаточной изменчивости сцены говорит о заведомо худшем качестве выравнивания, в этом случае, чем, если бы выравнивание проводилось по двум точкам при использовании опорных излучателей.The use of one-point correction of sensitivity with insufficient scene variability indicates a clearly worse quality of alignment, in this case, than if the alignment was carried out at two points when using reference emitters.

Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:

- снижение аппаратных затрат электронной системы ТВП на реализацию компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов;- reduction of hardware costs of the TVP electronic system for the implementation of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal of photosensitive elements;

- повышение технологичности и универсальности компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала;- improving the manufacturability and versatility of compensating for the heterogeneity of the constant component of the signal;

- повышение качества тепловизионного изображения, в частности, получаемого с фотоприемника на основе твердого раствора теллуридов кадмия и ртути;- improving the quality of the thermal imaging image, in particular, obtained from a photodetector based on a solid solution of cadmium and mercury tellurides;

- повышение надежности компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов независимо от контрастности наблюдаемых сцен;- improving the reliability of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements regardless of the contrast of the observed scenes;

- достижение независимости качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов в широком диапазоне изменения внешнего фонового излучения;- achieving independence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements in a wide range of changes in the external background radiation;

- достижение независимости качества компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов от динамики изменения входного потока внешнего фонового излучения.- achieving independence of the quality of compensation for heterogeneity of the constant component of the signal elements from the dynamics of changes in the input stream of external background radiation.

Технический результат достигают тем, что в способе компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника, заключающемся в том, что осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала, причем обработку проводят в соответствии с формулой

Figure 00000001
, где Si,j - выровненный массив изображения; Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с многоэлементного фотоприемника, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения; Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов, полученных в результате выполнения расфокусирования; ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов многоэлементного фотоприемника, i - номер пикселя в строке массива изображения, j - номер строки массива изображения; при этом Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения или поток с заданной равномерностью и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы или в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов, соответственно; затем осуществляют регистрацию расфокусированного излучения и запись массива Tfoni,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока расфокусированного излучения, в память электронной системы; после чего для получения на выходе фотоприемника массива сигналов Tini,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта; далее выполняют обработку сигналов в соответствии с приведенной формулой, получая выровненный массив изображения.The technical result is achieved by the fact that in the method of compensating for signal inhomogeneity of the photosensitive elements of the multi-element photodetector, which consists in receiving the radiation to be detected and processing the signal generated by the photodetector, the processing being carried out in accordance with the formula
Figure 00000001
where S i, j is the aligned image array; Tin i, j is the output array of the image coming from the multi-element photodetector formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation; Tfon i, j is an array of compensated dc components from photosensitive elements obtained as a result of defocusing; k i, j is the array of sensitivity correction coefficients of the elements of the multi-element photodetector, i is the pixel number in the line of the image array, j is the line number of the image array; in this case, Tfon i, j - an array of compensated constant components of the signals from the photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation stream or a stream with a given uniformity at the input of the photodetector and, as a result of defocusing, shifting the image plane to the plane of the cold diaphragm or to the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the photo plane vstvitelnyh elements respectively; then the defocused radiation is recorded and the array Tfon i, j formed at the output of the photodetector in response to the influence of the defocused radiation flux is recorded in the memory of the electronic system; then, to receive at the output of the photodetector an array of signals Tin i, j formed at the output of the photodetector in response to the effect of the radiation to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path; further, signal processing is performed in accordance with the above formula, obtaining a aligned image array.

В способе при получении Tfoni,j - массива скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента сохраняют требуемое поле зрения тепловизионного прибора - полное или частичное.In the method, upon receipt of Tfon i, j , an array of compensated constant signal components from photosensitive elements as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of a thermal imaging device, the required field of view of the thermal imaging device is retained - full or partial.

В способе Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения или поток с заданной равномерностью и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы или в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов, соответственно, а именно, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы, расположенную на расстоянии 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов, или смещающего в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов, расположенную на расстоянии менее 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов.In the Tfon i, j method , an array of compensated constant signal components from photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation stream or a stream with a given uniformity at the input of the photodetector and, as a result of defocusing, shifting the image plane to the plane of the cold diaphragm or to the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the photo plane sensitive elements, respectively, namely, displacing the image plane into the plane of the cold diaphragm, located at a distance of 10 mm from the plane of the photosensitive elements, or shifting into the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the plane of the photosensitive elements, located at a distance of less than 10 mm from the plane of the photosensitive elements .

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 приведена схема реализации компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника с оптической системой, реализованной, по крайней мере, в составе двух оптических компонентов, строящего промежуточное изображение и осуществляющего перенос промежуточного изображения в плоскость изображения, формируемого в плоскости фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы, с плоскостью промежуточного изображения, являющейся плоскостью промежуточного действительного изображения, где 1 - входной объектив, 2 - проекционной объектив, 3 - расфокусирующий элемент (в положении ввода его в оптический тракт оптической системы - показан сплошной линией, в положении вывода его из оптического тракта оптической системы - показан пунктирной линией), 4 - многоэлементный фотоприемник. На Фиг.2 схематически показан ход лучей при отсутствии расфокусиюрующего элемента в оптическом тракте оптической системы, предназначенного для компенсации неоднородности постоянной составляющей сигналов фоточувствительных элементов, с построением изображения за плоскостью холодной диафрагмы, в плоскости фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы. На Фиг.3 схематически показан ход лучей в случае присутствия расфокусирующего элемента в оптическом тракте оптической системы, предназначенного для компенсации неоднородности постоянной составляющей сигналов фоточувствительных элементов, при выполнении полной компенсации неоднородности постоянной составляющей сигналов фоточувствительных элементов, с построением изображения в плоскости холодной диафрагмы.The invention is illustrated by the following description and the accompanying figures. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the compensation of the inhomogeneity of the constant component of the signal of the photosensitive elements of a multi-element photodetector with an optical system, implemented at least as two optical components, constructing an intermediate image and transferring the intermediate image to the plane of the image formed in the plane of the photosensitive elements of the photodetector matrices, with the plane of the intermediate image being the plane of the intermediate of the image, where 1 is the input lens, 2 is the projection lens, 3 is the defocusing element (in the position of its entry into the optical path of the optical system it is shown by a solid line, in the position of its output from the optical path of the optical system it is shown by a dashed line), 4 - multi-element photodetector. Figure 2 schematically shows the course of the rays in the absence of a defocusing element in the optical path of the optical system designed to compensate for the heterogeneity of the constant component of the signals of the photosensitive elements, with the image being built behind the plane of the cold diaphragm, in the plane of the photosensitive elements of the photodetector array. Figure 3 schematically shows the course of the rays in the presence of a defocusing element in the optical path of the optical system designed to compensate for the heterogeneity of the constant component of the signals of the photosensitive elements, while performing full compensation for the heterogeneity of the constant component of the signals of the photosensitive elements, with the image being built in the plane of the cold diaphragm.

В настоящее время самым распространенным и наиболее эффективным среди используемых на практике методов коррекции геометрического шума МФПУ является метод линейной, или двухточечной коррекции, основанный на известной формуле (Н.И.Солина «Выравнивание чувствительности и исправление геометрического шума в тепловизионных изображениях методом двухточечной коррекции». Информационные технологии моделирования и управления: Междунар. сб. науч. тр. - Под ред. д.т.н., проф. О.Я.Кравца. Вып.15 - Воронеж: Изд-во «Научная книга». - 2004 г.; Н.И.Солина «Расчет поправочных коэффициентов в режиме калибровки по высокой температуре на нейропроцессоре Л1879ВМ1», Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование»: Сборник тезисов докладов - Под общ. ред. Г.Ю.Ризниченко, вып.11, Москва - Ижевск: Изд-во «Регулярная и хаотическая динамика» - 2004 г.; К.О.Болтарь, Р.В.Грачев, В.В.Полунеев «Определение дефектных элементов матричных тепловизионных приемников в процедуре двухточечной коррекции»; Прикладная физика. - 2009 г. - №109 (1) - с.с.42-45; Р.В.Грачев «Калибровка параметров тепловизионной матрицы для двухточечной коррекции в блоке электронной обработки на базе микроконтроллера МС-24», Вопросы радиоэлектроники, сер. ЭВТ - 2008 г. - вып.3 - с.с.148-156):Currently, the most common and most effective among the methods used in practice for correcting geometric noise in MFPs is the linear or two-point correction method, based on the well-known formula (N. I. Solina, “Aligning sensitivity and correcting geometric noise in thermal imaging images using the two-point correction method”. Information Technologies for Modeling and Control: International Scientific Scientific Library - Edited by Prof. O.Ya. Kravets, Issue 15 - Voronezh: Scientific Book Publishing House - 2004 .; N.I. Solina "Calculation of correction factors in the high-temperature calibration mode on the neuroprocessor L1879VM1 ", International conference" Mathematics. Computer. Education ": Abstracts - Edited by G.Yu. Riznichenko, issue 11, Moscow - Izhevsk: Publishing House" Regular and chaotic dynamics "- 2004; K.O. Boltar, R.V. Grachev, V.V. Poluneev" Determination of defective elements of matrix thermal imaging receivers in the procedure of two-point correction "; Applied Physics. - 2009 - No. 109 (1) - pp. 42-45; R.V. Grachev “Calibration of the parameters of the thermal imaging matrix for two-point correction in the electronic processing unit based on the MC-24 microcontroller”, Questions of radio electronics, ser. EVT - 2008 - issue 3 - pp. 148-156):

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где Si,j - выровненный массив изображения;where S i, j is the aligned image array;

Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с МФПУ, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения;Tin i, j is the output array of the image coming from the MFP, formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation;

Tfoni,j - массив постоянных составляющих сигнала с фоточувствительных элементов;Tfon i, j - array of constant components of the signal from photosensitive elements;

ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов МФПУ, i - номер пикселя в строке массива изображения, j - номер строки массива изображения,k i, j - array of correction factors for the sensitivity of the elements of the MFP, i - pixel number in the line of the image array, j - line number of the image array,

при значениях i от 0 до sizeX и j от 0 до sizeY, причем sizeX - количество столбцов массива, а sizeY - количество строк массива.for values of i from 0 to sizeX and j from 0 to sizeY, moreover, sizeX is the number of columns in the array, and sizeY is the number of rows in the array.

Двухточечная коррекция осуществляется в предположении линейной зависимости выходного сигнала, элементов матрицы от входного сигнала. В действительности эта зависимость отличается от линейной в большей или меньшей степени для разных элементов. Поэтому полностью устранить неоднородность не удается.Two-point correction is carried out under the assumption of a linear dependence of the output signal, matrix elements on the input signal. In fact, this dependence differs from the linear to a greater or lesser extent for different elements. Therefore, it is not possible to completely eliminate the heterogeneity.

Негативной особенностью коррекции по двум точкам является использование источников эталонных сигналов с необходимостью их подстройки под сцену. Коррекция обеспечивается при условии линейной зависимости сигналов элементов от оптического потока на их входе. Для того чтобы в пределах динамического диапазона наблюдаемой сцены отклонение от линейной зависимости было минимальным, диапазон значений эталонных потоков согласовывается с диапазоном значений сигналов сцены. Кроме того, требуется поддерживать однородность засветки элементов МФПУ эталонными источниками, так как от равномерности засветки зависит точность определения корректирующих коэффициентов. В некоторых случаях наличие эталонных источников неприемлемо по условиям размещения их в аппаратуре.A negative feature of two-point correction is the use of sources of reference signals with the need to adjust them to the scene. Correction is provided subject to the linear dependence of the signals of the elements from the optical flow at their input. In order to minimize the deviation from the linear dependence within the dynamic range of the observed scene, the range of values of the reference flows is consistent with the range of values of the signals of the scene. In addition, it is required to maintain uniformity of illumination of MFPU elements by reference sources, since the accuracy of determination of correction factors depends on the uniformity of illumination. In some cases, the presence of reference sources is unacceptable under the terms of their placement in the equipment.

Формирование на фоточувствительной области приемника равномерного теплового фона и эквивалентного ему массива постоянных составляющих сигналов фоточувствительных элементов Tfon при выполнении эффективной компенсации постоянной составляющей сигналов элементов МФПУ требует применения периодически вводимого в оптическую систему прибора опорного излучателя (как например, в первом из приведенных аналогов) или применения сложных алгоритмов компенсации по сцене наблюдения (как, например, во втором из приведенных аналогов).The formation on the photosensitive region of the receiver of a uniform thermal background and an equivalent array of the constant components of the signals of the photosensitive elements Tfon when performing effective compensation of the constant component of the signals of the MFP devices requires the use of a reference emitter periodically introduced into the optical system of the device (as, for example, in the first of the above analogues) or the use of complex compensation algorithms for the observation scene (as, for example, in the second of the given analogues).

В предлагаемом способе компенсации неоднородности сделан акцент на сохранении положительных особенностей вышеприведенных известных способов при одновременном исключении их недостатков. В связи с этим в предлагаемом техническом решении осуществлен переход к компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала фоточувствительных элементов, которая основана на формировании абсолютно равномерной или заданной равномерности засветки МФПУ по сцене наблюдения, и при этом, не требующей значительных вычислительных ресурсов. В процесс компенсации неоднородности, для получения значений постоянных составляющих сигналов фоточувствительных элементов Tfoni,j вводят операцию расфокусирования, которую осуществляют посредством введения в оптическую систему ТВП расфокусирующего элемента (см. Фиг.1).In the proposed method for compensating for heterogeneity, the emphasis is on maintaining the positive features of the above known methods while eliminating their disadvantages. In this regard, in the proposed technical solution, a transition is made to compensate for the heterogeneity of the constant component of the signal of the photosensitive elements, which is based on the formation of an absolutely uniform or predetermined uniformity of illumination of the MFP in the observation scene, and at the same time, which does not require significant computational resources. In the process of compensating for the heterogeneity, in order to obtain the values of the constant components of the signals of the photosensitive elements Tfon i, j, a defocusing operation is introduced, which is carried out by introducing a defocusing element into the optical system of the TVP (see Figure 1).

Для реализации предлагаемого способа компенсации неоднородности рассчитывается оптическая система на диапазон ИК-излучения, в котором работает ТВП, с учетом дополнительного расфокусирующего элемента (расфокусирующей линзы), отвечающего выполнению следующего условия. В зависимости от достижения требуемой полноты компенсации расфокусирующий элемент при введении его в оптический тракт должен сдвигать плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы МФПУ или в плоскость, расположенную между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью, в которой расположены фоточувствительные элементы фотоприемной матрицы. Кроме того, расфокусирующему элементу при введении его в оптический тракт присуще свойство сохранения заданного поля зрения оптической системы. Для формирования на входе фотоприемника равномерного потока излучения

Figure 00000003
или потока с заданной равномерностью в оптический тракт оптической системы вводят рассчитанный расфокусирующий элемент, в результате чего происходит смещение плоскости изображения в плоскость холодной диафрагмы при требовании достижения полной компенсации, или в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов в случае, когда достаточна частичная компенсация, соответственно. Осуществляют регистрацию излучения и запись массива Tfon в память электронной системы, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока излучения
Figure 00000004
- расфокусированного потока излучения. Для получения на выходе фотоприемника сигнала Tin, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения Р от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта. Далее выполняют обработку сигнала, получая выровненный массив изображения с учетом выполнения компенсации неоднородности, в соответствии с вышеприведенной формулой. Исходные коэффициенты коррекции записаны в память электронной системы ТВП. Процесс компенсации, также и таким же образом, состоит в периодически выполняемой процедуре определения корректирующих коэффициентов и непрерывно выполняемой процедуре корректировки сигналов, с той разницей, что значения Tfoni,j, необходимые для коррекции, получают не посредством использования источников опорного потока излучения или сложных вычислительных алгоритмов по сигналам сцены, а посредством использования расфокусирующего элемента.To implement the proposed method for compensating for heterogeneity, the optical system is calculated for the range of infrared radiation in which the TVP operates, taking into account an additional defocusing element (defocusing lens) that meets the following conditions. Depending on the achievement of the required completeness of compensation, the defocusing element, when introduced into the optical path, should shift the image plane into the plane of the cold diaphragm of the MFP or into the plane located between the plane of the cold diaphragm and the plane in which the photosensitive elements of the photodetector matrix are located. In addition, when a defocusing element is inserted into the optical path, the property of preserving a given field of view of the optical system is inherent. To form a uniform radiation flux at the input of the photodetector
Figure 00000003
or a stream with a given uniformity, the calculated defocusing element is introduced into the optical path of the optical system, as a result of which the image plane is shifted to the plane of the cold diaphragm when full compensation is required, or to the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the plane of the photosensitive elements when partial compensation, respectively. The radiation is recorded and the Tfon array is recorded in the memory of the electronic system formed at the output of the photodetector in response to the influence of the radiation flux
Figure 00000004
- defocused radiation flux. In order to receive at the output of the photodetector a signal Tin generated at the output of the photodetector in response to the effect of the radiation P to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path. Next, the signal processing is performed, obtaining a aligned image array taking into account the performance of heterogeneity compensation, in accordance with the above formula. The initial correction coefficients are recorded in the memory of the TVP electronic system. The compensation process, also in the same way, consists of a periodically performed procedure for determining correction coefficients and a continuously performed procedure for correcting signals, with the difference that the values Tfon i, j necessary for correction are not obtained using sources of the reference radiation flux or complex computational algorithms for scene signals, and through the use of a defocusing element.

Коэффициенты хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) ТВП и при включении прибора загружаются из ПЗУ в оперативную память, такую же, в которую записывается массив Tfon. В этом случае коэффициенты рассчитываются при калибровке прибора с применением внешнего источника опорного излучения, например, абсолютно черного тела (АЧТ).The coefficients are stored in the read-only memory (ROM) of the TVP and when the device is turned on, they are loaded from the ROM into the RAM, the same as the Tfon array. In this case, the coefficients are calculated when calibrating the device using an external source of reference radiation, for example, a completely black body (blackbody).

Возможен также вариант, в котором при включении прибора коэффициенты рассчитываются по встроенным источникам опорного излучения, после чего загружаются в оперативную память.A variant is also possible in which when the device is turned on, the coefficients are calculated using the built-in sources of reference radiation, after which they are loaded into the RAM.

Расфокусирующий элемент вводят в оптический тракт по мере необходимости, которая устанавливается опытным путем, в зависимости от используемого приемника и условий эксплуатации прибора.The defocusing element is introduced into the optical path as necessary, which is established experimentally, depending on the receiver used and the operating conditions of the device.

Компенсация неоднородности в соответствии с предлагаемым способом может быть выполнена полностью или частично, в зависимости от происходящей расфокусировки и осуществления сдвига плоскости изображения в плоскость холодной диафрагмы или в плоскость, расположенную между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью расположения фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы, соответственно.Compensation of the inhomogeneity in accordance with the proposed method can be performed in whole or in part, depending on the defocusing and the shift of the image plane to the plane of the cold diaphragm or to the plane located between the plane of the cold diaphragm and the plane of the photosensitive elements of the photodetector, respectively.

Для осуществления полной компенсации неоднородности необходимо и достаточно выполнять главное условие. Вводимый в оптическую систему компонент должен сдвигать плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы МФПУ (см. Фиг.2, Фиг.3), так как в этом случае энергия излучения, поступающая от объекта и фона, будет равномерно попадать на всю фоточувствительную область фотоприемной матрицы. Соответствующая расфокусировка поступающего излучения для регистрации фотоприемной матрицей наиболее оптимальна при сдвиге плоскости изображения в плоскость холодной диафрагмы МФПУ, в результате чего указанный технический результат достигается с максимально возможной полнотой. При введении в оптический тракт расфокусирующего элемента 3 (см. Фиг.1), энергия излучения, идущая от объекта и фона, равномерно поступает на всю фоточувствительную область фотоприемной матрицы, приводя тем самым к полной компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала. При выведении из оптического тракта расфокусирующего элемента 3 (см. Фиг.1, при положении указанного элемента, обозначенного пунктирной линией) ИК-излучение от объекта наблюдения проходит по оптическому тракту, фокусируется с формированием изображения объекта в плоскости приемника излучения (см. Фиг.2). При введении расфокусирующего элемента 3 в оптический тракт происходит расфокусировка, изображение объекта наблюдения сдвигается в плоскость холодной диафрагмы МФПУ, на фоточувствительные элементы фотоприемной матрицы всегда поступает поток излучения, максимально пропорциональный потоку сцены наблюдения. Указанный поток гарантированно максимально пропорционален входному потоку сцены наблюдения, в связи с чем достигается высокое качество, надежность и независимость компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала элементов от динамики изменения потока энергии излучения сцены наблюдения. Последнее связано с тем, что не требуется дополнительного времени для установки величины потока опорного источника излучения пропорционально входному потоку наблюдения, подстройки под сцену. Обстоятельство гарантированной пропорциональности также позволяет избавить ТВП от систем контроля и управления опорными источниками излучения и, кроме того, обеспечивает снижение показателей массы, габаритов и энергопотребления электронной системы ТВП, таким образом, достигается повышение технологичности и универсальности компенсации неоднородности.To fully compensate for heterogeneity, it is necessary and sufficient to fulfill the main condition. The component introduced into the optical system should shift the image plane to the plane of the MFP’s cold diaphragm (see Figure 2, Figure 3), since in this case the radiation energy coming from the object and background will uniformly reach the entire photosensitive region of the photodetector matrix. The corresponding defocusing of the incoming radiation for registration with the photodetector array is most optimal when the image plane is shifted to the plane of the MPU cold diaphragm, as a result of which the indicated technical result is achieved with the greatest possible completeness. When a defocusing element 3 is introduced into the optical path (see FIG. 1), the radiation energy coming from the object and background uniformly enters the entire photosensitive region of the photodetector matrix, thereby leading to complete compensation for the inhomogeneity of the DC component of the signal. When the defocusing element 3 is removed from the optical path (see FIG. 1, when the indicated element is indicated by a dashed line), the infrared radiation from the observation object passes through the optical path, focuses with imaging of the object in the plane of the radiation receiver (see FIG. 2 ) When a defocusing element 3 is introduced into the optical path, defocusing occurs, the image of the observation object shifts to the plane of the MPU’s cold diaphragm, the radiation flux that is maximally proportional to the flow of the observation scene always arrives at the photosensitive elements of the photodetector matrix. The specified stream is guaranteed to be maximally proportional to the input stream of the observation scene, in connection with which high quality, reliability and independence of compensation for the heterogeneity of the constant component of the signal of the elements from the dynamics of the change in the radiation energy flux of the observation scene are achieved. The latter is due to the fact that no additional time is required to set the flux of the reference radiation source in proportion to the input flux of observation, adjustment to the scene. The circumstance of guaranteed proportionality also makes it possible to save the TVP from monitoring and control systems of reference radiation sources and, in addition, provides a reduction in the weight, dimensions and energy consumption of the electronic TVP system, thus increasing the manufacturability and universality of the compensation of heterogeneity.

Во втором случае, когда вводимый в оптическую систему расфокусирующий элемент сдвигает плоскость изображения в плоскость, находящуюся между плоскостью холодной диафрагмы МФПУ и исходной плоскостью изображения (соответствующей случаю отсутствия расфокусирующего компонента в оптической системе, при котором плоскость изображения находится в плоскости фотоприемной матрицы, см. Фиг.2), то в этом случае неравномерность попадания энергии излучения, поступающей от объекта и фона, на фоточувствительную область фотоприемной матрицы будет частично сглажена. Произойдет частичная компенсация неоднородности, обусловленная пропорцией (относительно вышерассмотренного случая) осуществления расфокусировки поступающего излучения для регистрации фотоприемной матрице и сдвига плоскости изображения в направлении холодной диафрагмы. Достижение указанного технического результата возможно и в этом случае, хотя технический результат достигается не с максимально возможной полнотой.In the second case, when the defocusing element introduced into the optical system shifts the image plane to a plane located between the plane of the MPU cold diaphragm and the original image plane (corresponding to the case of the absence of a defocusing component in the optical system in which the image plane is in the plane of the photodetector, see Fig. .2), then in this case the irregularity of the radiation energy coming from the object and background to the photosensitive region of the photodetector matrix will be adic smoothed. Partial compensation of the inhomogeneity will occur, due to the proportion (relative to the case considered above) of defocusing the incoming radiation to register the photodetector and to shift the image plane in the direction of the cold diaphragm. The achievement of the specified technical result is possible in this case, although the technical result is not achieved with the greatest possible completeness.

Кроме того, осуществление компенсации неоднородности, в процессе которой вводят в оптический тракт расфокусирующий элемент, дает возможность осуществлять компенсацию неоднородности в широком диапазоне температур, практически ограниченном только температурным диапазоном применения тепловизионного прибора.In addition, the implementation of the compensation of heterogeneity, during which a defocusing element is introduced into the optical path, makes it possible to compensate for the heterogeneity in a wide temperature range, which is practically limited only by the temperature range of application of the thermal imaging device.

Пропорциональность поступающего потока излучения на фоточувствительные элементы фотоприемной матрицы входному потоку сцены наблюдения позволяет с высокой точностью компенсировать неоднородность постоянной составляющей сигнала элементов, тем самым способствовать повышению качества тепловизионного изображения.The proportionality of the incoming radiation flux to the photosensitive elements of the photodetector matrix to the input stream of the observation scene makes it possible to compensate with high accuracy the heterogeneity of the constant component of the signal of the elements, thereby improving the quality of the thermal imaging image.

Для осуществления компенсации неоднородности постоянной составляющей сигнала кроме вышеприведенного условия - обеспечения сдвига изображения объекта наблюдения в плоскость холодной диафрагмы МФПУ или в плоскость, расположенную между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью расположения фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы, желательно, для получения компенсации неоднородности в отношении всей фотоприемной матрицы, выполнить условие сохранения поля зрения оптической системы. При сохранении поля зрения компенсация осуществляется по усредненному потоку энергии излучения, поступающему от всего поля зрения. В случае изменения, уменьшения поля зрения компенсация неоднородности происходит не по всей фотоприемной матрице, а по некоторому ее участку, соответствующему данной, уменьшенной, величине now зрения. Однако и в этом случае компенсация неоднородности постоянной составляющей сигнала осуществляется таким же образом, по усредненному потоку, но поступающему согласно измененному, уменьшенному, полю зрения, соответствующему этому некоторому участку. В любом из этих случаев компенсация приводит к достижению равномерности в той или иной степени постоянной составляющей сигнала.In order to compensate for the inhomogeneity of the DC component of the signal, in addition to the above condition, the image of the observation object is shifted to the plane of the cold diaphragm of the MFP or into the plane located between the plane of the cold diaphragm and the plane of the photosensitive elements of the photodetector, it is desirable to obtain compensation of the heterogeneity with respect to the entire photodetector, to fulfill the condition of maintaining the field of view of the optical system. While maintaining the field of view, compensation is carried out according to the averaged flux of radiation energy coming from the entire field of view. In the case of a change, a decrease in the field of view, the compensation of the inhomogeneity occurs not over the entire photodetector, but over a certain portion of it that corresponds to the given, reduced, now vision value. However, in this case as well, compensation for the inhomogeneity of the constant component of the signal is carried out in the same way, according to the averaged flow, but arriving according to the changed, reduced, field of view corresponding to this certain section. In any of these cases, compensation leads to the achievement of uniformity to one degree or another of the constant component of the signal.

Оптическая система содержит, например, два оптических компонента (см. Фиг.1-3). Один компонент - строящий промежуточное изображение. Второй компонент - осуществляющий перенос промежуточного изображения в плоскость изображения, формируемого в плоскости фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы.The optical system contains, for example, two optical components (see Figure 1-3). One component is building an intermediate image. The second component is the transfer of the intermediate image into the plane of the image formed in the plane of the photosensitive elements of the photodetector matrix.

Оптическая система может быть реализована с внутренней плоскостью действительного промежуточного изображения и выполнена в составе, по крайней мере, двух оптических компонентов - входного и проекционного объективов, с плоскостью промежуточного действительного изображения, расположенной между указанными объективам (см. Фиг.1), или афокальной системы с плоскостью промежуточного действительного изображения, расположенной между компонентами афокальной системы, и объектива.The optical system can be implemented with the inner plane of the actual intermediate image and is made up of at least two optical components - the input and projection lenses, with the plane of the intermediate actual image located between these lenses (see Figure 1), or an afocal system with the plane of the intermediate actual image located between the components of the afocal system and the lens.

Следует подчеркнуть, что в каждом конкретном случае существующей оптической системы необходим расчет конкретных параметров расфокусирующего элемента.It should be emphasized that in each case of the existing optical system, it is necessary to calculate the specific parameters of the defocusing element.

Необходимость полной или частичной компенсации неоднородности определяется условиями эксплуатации тепловизионного прибора, характером решаемых при этом задач.The need for full or partial compensation for heterogeneity is determined by the operating conditions of the thermal imaging device, the nature of the tasks being solved.

В частном случае реализации предлагаемого способа оптическая система может быть в нижеследующем варианте.In the particular case of the implementation of the proposed method, the optical system may be in the following embodiment.

Входной объектив 1 (см. Фиг.1) выполнен в составе последовательно расположенных по ходу лучей положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов. Расстояние по центру между вогнутой поверхностью первого и выпуклой поверхностью второго составляет около 1,4 мм. Проекционный объектив 2 выполнен в составе последовательно расположенных по ходу лучей отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, двояковыпуклой линзы, отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, и положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов. Расстояние по центру между вогнутой поверхностью первого из менисков проекционного объектива и поверхностью двояковыпуклой линзы, обращенной к пространству предметов, составляет около 2 мм. Расстояние по центру между поверхностью двояковыпуклой линзы, обращенной к плоскости изображения, и вогнутой поверхностью второго из менисков проекционного объектива составляет около 2,5 мм. Расстояние по центру между выпуклой поверхностью второго и вогнутой поверхностью третьего менисков проекционного объектива составляет около 2 мм. Расстояние по центру между выпуклой поверхностью третьего и выпуклой поверхностью четвертого менисков проекционного объектива составляет около 0,5 мм. Расстояние между входным и проекционным объективами, то есть расстояние по центру между вогнутой поверхностью второго мениска входного объектива и выпуклой поверхностью первого мениска проекционного объектива составляет 95,5 мм. Расстояние по центру между выпуклой поверхностью первого из менисков входного объектива и плоскостью изображения (см. Фиг.1) составляет 150 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, первого по ходу лучей во входном объективе положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, составляет 60,096 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - 137,5351 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, второго по ходу лучей во входном объективе отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, составляет 220,393 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - 131,4331 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, первого по ходу лучей в проекционном объективе отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, составляет 27,2 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - 22,503 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, в проекционном объективе двояковыпуклой линзы, расположенной по ходу лучей после первого мениска, составляет 32,716 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - -54,64 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, второго, после двояковыпуклой линзы, по ходу лучей в проекционном объективе отрицательного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, составляет -15,88 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - -31,551 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, по ходу лучей в проекционном объективе третьего положительного мениска, обращенного выпуклостью к плоскости изображения, составляет -27,436 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - -33,183 мм. Радиус кривизны поверхности, обращенной к пространству предметов, по ходу лучей в проекционном объективе четвертого положительного мениска, обращенного выпуклостью к пространству предметов, составляет 22,19 мм, радиус кривизны поверхности, обращенной к плоскости изображения, - 31,885 мм. Материалами служат кремний и германий. Оптическая система снабжена расфокусирующим элементом 3 - отрицательным мениском, обращенным выпуклостью к плоскости изображения, со средствами ввода/вывода его из оптического тракта. Указанный мениск со средствами ввода/вывода установлен между плоскостью промежуточного действительного изображения и проекционным объективом (см. Фиг.1 и Фиг.3). В качестве средств ввода/вывода может быть использован электромеханический привод - шаговый двигатель серии MD 14. В случае выполнения полной компенсации, при осуществлении сдвига плоскости изображения в плоскость холодной диафрагмы, расфокусирующий элемент 3 - отрицательный мениск, обращенный выпуклостью к плоскости изображения, установлен таким образом, что расстояние по центру между его вогнутой поверхностью и вогнутой поверхностью второго мениска входного объектива составляет 72 мм с допуском ±0,05 мм. Для осуществления частичной компенсации указанное расстояние уменьшают. Расстояние по центру между вогнутой поверхностью, обращенной к плоскости изображения, четвертого мениска проекционного объектива и плоскостью изображения составляет 20,41 мм. Расстояние по центру между вогнутой поверхностью, обращенной к плоскости изображения, четвертого мениска проекционного объектива и входным окном криостата составляет 6,63 мм. Расстояние между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью изображения, являющейся плоскостью фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы, в пределах которого при расфокусировании осуществляют сдвиг изображения, составляет 10 мм.The input lens 1 (see Figure 1) is made up of sequentially located along the rays of the positive meniscus, convex to the space of objects, negative meniscus, convex to the space of objects. The center distance between the concave surface of the first and the convex surface of the second is about 1.4 mm. The projection lens 2 is made up of a successive negative meniscus convex to the space of objects, a biconvex lens, a negative meniscus convex to the image plane, a positive meniscus convex to the image plane, and a positive meniscus convex to the space of objects . The center distance between the concave surface of the first of the menisci of the projection lens and the surface of the biconvex lens facing the space of objects is about 2 mm. The center distance between the surface of the biconvex lens facing the image plane and the concave surface of the second of the menisci of the projection lens is about 2.5 mm. The center distance between the convex surface of the second and the concave surface of the third meniscus of the projection lens is about 2 mm. The center distance between the convex surface of the third and the convex surface of the fourth menisci of the projection lens is about 0.5 mm. The distance between the input and projection lenses, that is, the center distance between the concave surface of the second meniscus of the input lens and the convex surface of the first meniscus of the projection lens, is 95.5 mm. The center distance between the convex surface of the first of the menisci of the input lens and the image plane (see Figure 1) is 150 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects, the first along the rays in the input lens of the positive meniscus convex to the space of objects, is 60.096 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is 137.5351 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects, the second in the direction of the rays in the input lens of the negative meniscus convex to the space of objects, is 220.393 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is 131.4331 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects, the first in the direction of the rays in the projection lens of the negative meniscus convex to the space of objects is 27.2 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is 22.503 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects in the projection lens of a biconvex lens located along the rays after the first meniscus is 32.716 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is -54.64 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects of the second, after the biconvex lens, along the rays in the projection lens of the negative meniscus convex to the image plane is -15.88 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is -31.551 mm . The radius of curvature of the surface facing the space of objects along the rays in the projection lens of the third positive meniscus convex to the image plane is -27.436 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is -33.183 mm. The radius of curvature of the surface facing the space of objects along the rays in the projection lens of the fourth positive meniscus convex to the space of objects is 22.19 mm, the radius of curvature of the surface facing the image plane is 31.885 mm. The materials are silicon and germanium. The optical system is equipped with a defocusing element 3 - a negative meniscus, convex to the image plane, with means for its input / output from the optical path. The specified meniscus with input / output means is installed between the plane of the intermediate actual image and the projection lens (see Figure 1 and Figure 3). As input / output means, an electromechanical drive — a stepper motor of the MD 14 series — can be used. In the case of complete compensation, when the image plane is shifted to the plane of the cold diaphragm, the defocusing element 3 — the negative meniscus convex to the image plane — is thus set that the center distance between its concave surface and the concave surface of the second meniscus of the input lens is 72 mm with a tolerance of ± 0.05 mm. To implement partial compensation, the specified distance is reduced. The center distance between the concave surface facing the image plane of the fourth meniscus of the projection lens and the image plane is 20.41 mm. The center distance between the concave surface facing the image plane of the fourth meniscus of the projection lens and the input window of the cryostat is 6.63 mm. The distance between the plane of the cold diaphragm and the image plane, which is the plane of the photosensitive elements of the photodetector matrix, within which the image is shifted during defocusing, is 10 mm.

Исходная (до введения в ее состав расфокусирующего элемента 3) оптическая система обладает следующими характеристиками:The initial (before the introduction of its defocusing element 3) the optical system has the following characteristics:

- спектральный диапазон 3-5 мкм;- spectral range of 3-5 microns;

- фокусное расстояние 60 мм;- focal length 60 mm;

- относительное отверстие 1/3;- relative aperture 1/3;

- поле зрения в пространстве предметов 5,76×4,32 град.- field of view in the space of objects 5.76 × 4.32 degrees.

При введении расфокусирующего элемента 3 в оптическую систему таким образом, что расстояние по центру между его вогнутой поверхностью и вогнутой поверхностью второго мениска входного объектива составляет 72 мм, с целью полной компенсации неоднородности, происходит смещение плоскости изображения в плоскость холодной диафрагмы. При этом фокусное расстояние объектива становится равным 30 мм, а размер получаемого изображения равен размеру холодной диафрагмы, поле зрения и относительное отверстие системы сохраняются, а на многоэлементный фотоприемник 4 (см. Фиг.1) попадает вся энергия, поступающая от объекта и фона.When a defocusing element 3 is introduced into the optical system in such a way that the center distance between its concave surface and the concave surface of the second meniscus of the input lens is 72 mm, in order to completely compensate for the inhomogeneity, the image plane is shifted to the plane of the cold diaphragm. In this case, the focal length of the lens becomes equal to 30 mm, and the size of the image obtained is equal to the size of the cold diaphragm, the field of view and the relative aperture of the system are preserved, and all the energy coming from the object and background gets onto the multi-element photodetector 4 (see Figure 1).

Получаемая (после введения в ее состав расфокусирующего элемента 3) оптическая система обладает следующими характеристиками:Obtained (after the introduction of a defocusing element 3), the optical system has the following characteristics:

- спектральный диапазон 3-5 мкм;- spectral range of 3-5 microns;

- фокусное расстояние 30 мм;- focal length 30 mm;

- относительное отверстие 1/3;- relative aperture 1/3;

- поле зрения в пространстве предметов 5,76×4,32 град.- field of view in the space of objects 5.76 × 4.32 degrees.

Расфокусирующий элемент 3 характеризуется следующим:The defocusing element 3 is characterized by the following:

- материал - кремний;- material - silicon;

- толщина 2 мм;- thickness 2 mm;

- радиус кривизны R1=-1172,6 мм;- radius of curvature R1 = -1172.6 mm;

- радиус кривизны R2=-131,4 мм;- radius of curvature R2 = -131.4 mm;

- световой диаметр 9,6 мм;- light diameter 9.6 mm;

- масса 2 г.- weight 2 g.

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of a technical result, we give the following implementation examples.

Пример 1Example 1

При компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала.When compensating for the heterogeneity of the signal of the photosensitive elements of the multi-element photodetector, the radiation flux to be registered is received and the signal generated by the photodetector is processed.

Обработку проводят в соответствии с формулой The treatment is carried out in accordance with the formula

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где Si,j - выровненный массив изображения; Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с многоэлементного фотоприемника, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения; Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов, полученных в результате выполнения расфокусирования; ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов многоэлементного фотоприемника, i - номер пикселя в строке массива изображения, j - номер строки массива изображения. При этом Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы, расположенную на расстоянии 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов. При получении Tfoni,j - массива скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента сохраняют требуемое поле зрения тепловизионного прибора - полное.where S i, j is the aligned image array; Tin i, j is the output array of the image coming from the multi-element photodetector formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation; Tfon i, j is an array of compensated dc components from photosensitive elements obtained as a result of defocusing; k i, j is the array of sensitivity correction coefficients of the elements of the multi-element photodetector, i is the pixel number in the line of the image array, j is the line number of the image array. In this case, Tfon i, j - an array of compensated constant components of the signals from the photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation flux at the photodetector input and, as a result of defocusing, which shifts the image plane to the plane cold diaphragm located at a distance of 10 mm from the plane of photosensitive elements. Upon receipt of Tfon i, j - an array of compensated constant signal components from photosensitive elements as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of a thermal imaging device, the required field of view of the thermal imaging device is kept - complete.

Затем осуществляют регистрацию расфокусированного излучения и запись массива Tfoni,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока расфокусированного излучения, в память электронной системы. После чего для получения на выходе фотоприемника массива сигналов Tini,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта. Далее выполняют обработку сигналов в соответствии с приведенной формулой, получая выровненный массив изображения.Then, defocused radiation is recorded and the array Tfon i, j formed at the output of the photodetector in response to the influence of the defocused radiation flux is recorded in the memory of the electronic system. Then, in order to receive an array of signals Tin i, j at the output of the photodetector formed at the output of the photodetector in response to the effect of radiation to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path. Next, the signal processing is performed in accordance with the above formula, obtaining a aligned image array.

При обработке используют коэффициенты, хранящиеся в памяти ПЗУ ТВП и при включении прибора загружающиеся из ПЗУ в оперативную память, такую же, в которую записывают массив Tfoni,j. Коэффициенты рассчитывают при калибровке прибора с применением АЧТ.When processing, coefficients are used that are stored in the memory of the TVP ROM and when the device is turned on, they are loaded from the ROM into the RAM, the same as the array Tfon i, j . The coefficients are calculated when calibrating the device using blackbody.

Пример 2Example 2

При компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала.When compensating for the heterogeneity of the signal of the photosensitive elements of the multi-element photodetector, the radiation flux to be registered is received and the signal generated by the photodetector is processed.

Обработку проводят в соответствии с формулой The treatment is carried out in accordance with the formula

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где Si,j - выровненный массив изображения; Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с многоэлементного фотоприемника, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения; Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов, полученных в результате выполнения расфокусирования; ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов многоэлементного фотоприемника, i - номер пикселя в строке массива и изображения, j - номер строки массива изображения. При этом Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения с заданной равномерностью и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов, расположенную на расстоянии 9 мм от плоскости фоточувствительных элементов. При получении Tfoni,j - массива скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента сохраняют требуемое поле зрения тепловизионного прибора - полное.where S i, j is the aligned image array; Tin i, j is the output array of the image coming from the multi-element photodetector formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation; Tfon i, j is an array of compensated dc components from photosensitive elements obtained as a result of defocusing; k i, j is an array of sensitivity correction coefficients of the elements of a multi-element photodetector, i is the pixel number in the array and image lines, j is the line number of the image array. In this case, Tfon i, j - an array of compensated constant signal components from photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation flux at the input of the photodetector with a given uniformity and, as a result of defocusing, which displaces the plane images in the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the plane of photosensitive elements located on standing 9 mm from the plane of photosensitive elements. Upon receipt of Tfon i, j - an array of compensated constant signal components from photosensitive elements as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of a thermal imaging device, the required field of view of the thermal imaging device is kept - complete.

Затем осуществляют регистрацию расфокусированного излучения и запись массива Tfoni,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока расфокусированного излучения, в память электронной системы. После чего для получения на выходе фотоприемника массива сигналов Tini,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта. Далее выполняют обработку сигналов в соответствии с приведенной формулой, получая выровненный массив изображения.Then, defocused radiation is recorded and the array Tfon i, j formed at the output of the photodetector in response to the influence of the defocused radiation flux is recorded in the memory of the electronic system. Then, in order to receive an array of signals Tin i, j at the output of the photodetector formed at the output of the photodetector in response to the effect of radiation to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path. Next, the signal processing is performed in accordance with the above formula, obtaining a aligned image array.

При обработке используют коэффициенты, хранящиеся в памяти ПЗУ ТВП и при включении прибора загружающиеся из ПЗУ в оперативную память, такую же, в которую записывают массив Tfoni,j. Коэффициенты рассчитывают при калибровке прибора с применением АЧТ.When processing, coefficients are used that are stored in the memory of the TVP ROM and when the device is turned on, they are loaded from the ROM into the RAM, the same as the array Tfon i, j . The coefficients are calculated when calibrating the device using blackbody.

Пример 3Example 3

При компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала.When compensating for the heterogeneity of the signal of the photosensitive elements of the multi-element photodetector, the radiation flux to be registered is received and the signal generated by the photodetector is processed.

Обработку проводят в соответствии с формулой The treatment is carried out in accordance with the formula

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где Si,j - выровненный массив изображения; Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с многоэлементного фотоприемника, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения; Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов, полученных в результате выполнения расфокусирования; ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов многоэлементного фотоприемника, i - номер пикселя в строке массива и изображения, j - номер строки массива изображения. При этом Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы, расположенную на расстоянии 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов. При получении Tfoni,j - массива скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента сохраняют требуемое поле зрения тепловизионного прибора - частичное, так как способ компенсации неоднородности используют в тепловизионной системе с лазерной подсветкой, работающей одновременно в пассивном и активном режимах, с одновременным представлением в выходном изображении на телевизионном мониторе двух изображений, сформированных в активном и пассивном режимах, причем в отношении изображения, полученного в активном режиме, предъявляются более жесткие требования к компенсации неоднородности сигнала.where S i, j is the aligned image array; Tin i, j is the output array of the image coming from the multi-element photodetector formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation; Tfon i, j is an array of compensated dc components from photosensitive elements obtained as a result of defocusing; k i, j is an array of sensitivity correction coefficients of the elements of a multi-element photodetector, i is the pixel number in the array and image lines, j is the line number of the image array. In this case, Tfon i, j - an array of compensated constant components of the signals from the photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation flux at the photodetector input and, as a result of defocusing, which shifts the image plane to the plane cold diaphragm located at a distance of 10 mm from the plane of photosensitive elements. Upon receipt of Tfon i, j - an array of compensated constant signal components from photosensitive elements as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, the required field of view of the thermal imaging device is retained - partial, since the method of compensating for inhomogeneity is used in a thermal imaging system with a laser backlight, working simultaneously in passive and active modes, with simultaneous representation in the output image on the body the visual monitor of two images formed in the active and passive modes, moreover, in relation to the image obtained in the active mode, there are more stringent requirements for compensating for signal inhomogeneity.

Затем осуществляют регистрацию расфокусированного излучения и запись массива Tfoni,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока расфокусированного излучения, в память электронной системы. После чего для получения на выходе фотоприемника массива сигналов Tini,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта. Далее выполняют обработку сигналов в соответствии с приведенной формулой, получая выровненный массив изображения.Then, defocused radiation is recorded and the array Tfon i, j formed at the output of the photodetector in response to the influence of the defocused radiation flux is recorded in the memory of the electronic system. Then, in order to receive an array of signals Tin i, j at the output of the photodetector formed at the output of the photodetector in response to the effect of radiation to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path. Next, the signal processing is performed in accordance with the above formula, obtaining a aligned image array.

При обработке используют коэффициенты, хранящиеся в памяти ПЗУ ТВП и при включении прибора загружающиеся из ПЗУ в оперативную память, такую же, в которую записывают массив Tfoni,j. Коэффициенты рассчитывают при калибровке прибора с применением АЧТ.When processing, coefficients are used that are stored in the memory of the TVP ROM and when the device is turned on, they are loaded from the ROM into the RAM, the same as the array Tfon i, j . The coefficients are calculated when calibrating the device using blackbody.

Claims (3)

1. Способ компенсации неоднородности сигнала фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника, заключающийся в том, что осуществляют прием подлежащего регистрации потока излучения и выполняют обработку вырабатываемого фотоприемником сигнала, отличающийся тем, что обработку проводят в соответствии с формулой
Figure 00000008
,
где Si,j - выровненный массив изображения;
Tini,j - выходной массив изображения, поступающего с многоэлементного фотоприемника, формируемый в результате воздействия излучения, подлежащего регистрации от объекта наблюдения;
Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов, полученных в результате выполнения расфокусирования;
ki,j - массив коэффициентов коррекции чувствительности элементов многоэлементного фотоприемника;
i - номер пикселя в строке массива изображения;
j - номер строки массива изображения;
при этом Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения или поток с заданной равномерностью и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы или в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов соответственно; затем осуществляют регистрацию расфокусированного излучения и запись массива Tfoni,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие потока расфокусированного излучения, в память электронной системы; после чего для получения на выходе фотоприемника массива сигналов Tini,j, формируемого на выходе фотоприемника в ответ на воздействие подлежащего регистрации излучения от объекта наблюдения, расфокусирующий элемент выводят из оптического тракта; далее выполняют обработку сигналов в соответствии с приведенной формулой, получая выровненный массив изображения.
1. A method of compensating for signal heterogeneity of the photosensitive elements of a multi-element photodetector, which consists in receiving the radiation flux to be detected and processing the signal generated by the photodetector, characterized in that the processing is carried out in accordance with the formula
Figure 00000008
,
where S i, j is the aligned image array;
Tin i, j is the output array of the image coming from the multi-element photodetector formed as a result of exposure to radiation to be registered from the object of observation;
Tfon i, j is an array of compensated dc components from photosensitive elements obtained as a result of defocusing;
k i, j is an array of sensitivity correction coefficients of the elements of a multi-element photodetector;
i - pixel number in the line of the image array;
j is the line number of the image array;
in this case, Tfon i, j - an array of compensated constant components of the signals from the photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, which forms a uniform radiation stream or stream with a given uniformity at the input of the photodetector and, as a result of defocusing, shifting the image plane to the plane of the cold diaphragm or to the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the photo plane vstvitelnyh elements respectively; then the defocused radiation is recorded and the array Tfon i, j formed at the output of the photodetector in response to the influence of the defocused radiation flux is recorded in the memory of the electronic system; then, to receive at the output of the photodetector an array of signals Tin i, j formed at the output of the photodetector in response to the effect of the radiation to be detected from the observation object, the defocusing element is removed from the optical path; further, signal processing is performed in accordance with the above formula, obtaining a aligned image array.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при получении Tfoni,j - массива скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента сохраняют требуемое поле зрения тепловизионного прибора - полное или частичное.2. The method according to claim 1, characterized in that upon receipt of Tfon i, j - an array of compensated constant signal components from the photosensitive elements as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, the required field of view of the thermal imaging device is maintained - full or partial. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что Tfoni,j - массив скомпенсированных постоянных составляющих сигналов с фоточувствительных элементов получают в результате расфокусирования за счет введения в оптический тракт оптической системы тепловизионного прибора расфокусирующего элемента, формирующего на входе фотоприемника равномерный поток излучения или поток с заданной равномерностью и, в результате расфокусирования, смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы или в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов соответственно, а именно смещающего плоскость изображения в плоскость холодной диафрагмы, расположенную на расстоянии 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов, или смещающего в промежуточную плоскость между плоскостью холодной диафрагмы и плоскостью фоточувствительных элементов, расположенную на расстоянии менее 10 мм от плоскости фоточувствительных элементов. 3. The method according to claim 1, characterized in that Tfon i, j - an array of compensated constant components of the signals from the photosensitive elements is obtained as a result of defocusing by introducing a defocusing element into the optical path of the optical system of the thermal imaging device, forming a uniform radiation flux at the input of the photodetector or flow with a given uniformity and, as a result of defocusing, shifting the image plane into the plane of the cold diaphragm or into the intermediate plane between the plane of the cold aphrages and the plane of photosensitive elements, respectively, namely, displacing the image plane to the plane of the cold diaphragm, located at a distance of 10 mm from the plane of the photosensitive elements, or shifting to the intermediate plane between the plane of the cold diaphragm and the plane of the photosensitive elements, located at a distance of less than 10 mm from the plane of the photosensitive elements.
RU2010147160/28A 2010-11-18 2010-11-18 Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector RU2449491C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010147160/28A RU2449491C1 (en) 2010-11-18 2010-11-18 Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010147160/28A RU2449491C1 (en) 2010-11-18 2010-11-18 Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2449491C1 true RU2449491C1 (en) 2012-04-27

Family

ID=46297699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010147160/28A RU2449491C1 (en) 2010-11-18 2010-11-18 Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2449491C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621877C1 (en) * 2016-03-18 2017-06-07 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for radiometric images correcting from multi-element infrared photodetector
RU2679547C1 (en) * 2018-03-13 2019-02-11 Закрытое акционерное общество "ЭЛСИ" Method of compensation of geometric noise of matrix photo receiver
RU2688616C1 (en) * 2018-05-22 2019-05-21 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Method of compensation of geometric noise of infrared images
RU2711723C1 (en) * 2019-10-29 2020-01-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Method of compensating for geometrical noise of a matrix photodetector
RU2817046C1 (en) * 2023-10-04 2024-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Method of compensating for geometric noise of photodetector array, which is invariant to exposure time

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117858A1 (en) * 1982-12-06 1984-10-07 Научно-Исследовательский Институт Электронной Интроскопии При Томском Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехническом Институте Им.С.М.Кирова Process for compensating variations in video signal of matrix photodetector
WO2001003423A1 (en) * 1999-07-02 2001-01-11 Raytheon Company Improved methods of non-uniformity compensation for infrared detector arrays
RU2298884C2 (en) * 2005-08-09 2007-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") Method for correcting irregularities of matrix photo-receiving devices
RU2349053C1 (en) * 2007-07-30 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" Method of correction of heterogeneity of matrix photointakes with microscanning

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1117858A1 (en) * 1982-12-06 1984-10-07 Научно-Исследовательский Институт Электронной Интроскопии При Томском Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехническом Институте Им.С.М.Кирова Process for compensating variations in video signal of matrix photodetector
WO2001003423A1 (en) * 1999-07-02 2001-01-11 Raytheon Company Improved methods of non-uniformity compensation for infrared detector arrays
RU2298884C2 (en) * 2005-08-09 2007-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" (ФГУП "НПО "ОРИОН") Method for correcting irregularities of matrix photo-receiving devices
RU2349053C1 (en) * 2007-07-30 2009-03-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН" Method of correction of heterogeneity of matrix photointakes with microscanning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Соляков В.Н., Жегалов С.И., Саганов Л.Д., Филачев А.М., Болтарь К.О., Бурлаков И.Д., Свиридов А.Н. Метод коррекции неоднородности многоэлементных фотоприемных устройств по сигналам сцены, Прикладная физика, 2008, №1, с.60-70. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2621877C1 (en) * 2016-03-18 2017-06-07 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method for radiometric images correcting from multi-element infrared photodetector
RU2679547C1 (en) * 2018-03-13 2019-02-11 Закрытое акционерное общество "ЭЛСИ" Method of compensation of geometric noise of matrix photo receiver
RU2688616C1 (en) * 2018-05-22 2019-05-21 Акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" Method of compensation of geometric noise of infrared images
RU2711723C1 (en) * 2019-10-29 2020-01-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Method of compensating for geometrical noise of a matrix photodetector
RU2817046C1 (en) * 2023-10-04 2024-04-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" Method of compensating for geometric noise of photodetector array, which is invariant to exposure time

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2449328C1 (en) Optical system for thermal imaging devices
EP3389268B1 (en) Depth information acquisition method and apparatus, and image collection device
US20040179128A1 (en) Focus detection device
KR20190106599A (en) A image sensor phase detection pixels and a image pickup device
RU2449491C1 (en) Method of compensating for signal irregularity of photosensitive elements of multielement photodetector
US8463068B2 (en) Methods, systems and apparatuses for pixel value correction using multiple vertical and/or horizontal correction curves
CN103828344A (en) Image processing apparatus, image processing method and program, and image pickup apparatus including image processing apparatus
US8139144B2 (en) Focus detection device, focus detection method and imaging apparatus
US20110298943A1 (en) Methods, apparatuses and systems for piecewise generation of pixel correction values for image processing
US6747691B1 (en) Apparatus capable of determining shake of the apparatus relative to an object
JP6150497B2 (en) Detection apparatus and program
JP2017090457A (en) Pixel non-uniformity correction
JPH0328691B2 (en)
JPH06313844A (en) Photoelectric conversion device
JP2004532977A (en) Method and apparatus for reading a bolometer array using a plurality of bias pulses
US6973264B2 (en) Focal point detection apparatus, focusing system, camera, and focal point detection method
JP5061858B2 (en) Focus detection apparatus and imaging apparatus
JPH02206976A (en) Sensitivity correction method for infrared-ray image pickup device
US8416404B2 (en) Method and system for measurement and correction of thermally induced changes of boresight, effective focal length, and focus
CN113970374A (en) Calibration method for polarization detection system of focal plane
Liao et al. Parameters optimization of image sensor for star sensors
RU2639680C2 (en) Method and system of determining in real time signals to be submitted, among plurality of accepted signals
US6137956A (en) Shake detecting/correcting device for use in an optical apparatus and a shake detecting/correcting method
CN111366253B (en) Method for obtaining non-uniformity correction coefficient of infrared photoelectric system and correction method
JP2016206556A (en) Method for acquiring measurement distance and imaging apparatus using the method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191119