[发明专利]一种UFPA中无效像元的判别方法

说明书

技术领域

本发明属于红外热成像技术领域，涉及红外焦平面阵列器件，尤其是涉及在图像的预处理阶段对非制冷红外焦平面阵列(UFPA)中的无效像元的判别方法。

背景技术

非制冷型红外焦平面阵列，克服了通常红外技术需要制冷的缺点，使用方便、功耗低、体积小、重量轻，在国防、电力、消防、石化以及医疗等领域得到了广泛的应用，在世界经济的发展中正发挥着重要的作用。另一方面，人们对成像质量的要求也越来越高。但由于制作器件的半导体材料的不均匀性、掩膜误差、缺陷、工艺等因素影响，其视频输出幅度会出现不均匀现象，不均匀的极端情况就是无效像元。由于不均匀和无效像元的存在，可能会使所获取的图像信号模糊不清、畸变，甚至使探测器失去探测的能力，而现有的工艺技术状况使得设计具有理想均匀性的红外焦平面探测器难于实现。

在红外成像系统中，UFPA的信号输出是探测单元、读出电路、信号处理电路等各种因素综合的结果，器件和信号通道都可能引起无效像元的产生。器件级的无效像元是指红外探测器阵列自身中的无效像元；信号通道级的无效像元是指成像系统中电荷读出及电子成像过程中由于通道问题使相关像元信号衰减而形成的无效元。引起像元无效的原因很多，归结起来可有如下几个方面：

1)、在UFPA制造过程中，光敏感材料及其中的掺杂浓度的不均匀等都将引起各探测单元光电转换特性曲线的波动和暗电流的变化，当这种不一致性过大时，就形成了无效像元；

2)、1/f噪声也会使探测单元性能恶化，形成无效像元；

3)、信号电荷传输读出的影响，在采用移位读出的UFPA器件中，通道障碍可使相关像元信号衰减而形成无效像元；

4)、UFPA器件工作所处的温度随机变化将影响像元性能，在一定环境温度下，例如过高或过低的工作温度下，部分像元将产生性能劣变，失去探测能力，而成为无效像元。

当然，引起无效元的因素中，主要的还是物理损坏、响应特性的非一致性、读出电路及暗电流的影响。现有的工艺技术状况无法解决这些问题，使得UFPA器件中不可避免的存在着无效像元。无效像元的存在将直接影响系统的成像效果，使输出的图像中出现亮点和暗点，而且无效像元的存在对后继图像处理如非均匀性校正，图像增强等也存在很大影响，引起算法的资源开销增大，甚至导致图像处理算法失效。因此，在图像预处理阶段必须对无效像元进行判别和补偿，以消除无效像元对成像系统的影响。

无效像元的判别至关重要，因为过量判别会增加计算量，同时也会损失图像信息；而判别不足则会影响去噪效果，降低体系对点/斑状目标的检测/跟踪性能。常用的无效像元判别方法有响应率检测法、偏差检测法和噪声检测法。

响应率检测法：响应率检测法是面阵型焦平面无效像元判别的常用方法。响应率(即增益)是无效像元检测的首选判断条件。检测原理如下：根据实际经验确定一个阈值(threshold1)，如果非均匀校正的增益系数gain<1-threshold1或gain>1+threshold1，就判定对应的探测单元为无效像元，否则认为是有效像元。文献(周慧鑫，殷世民，刘上乾，等.红外焦平面器件盲元检测及补偿算法[J].光子学报，2004，33(5)：598-600.)和文献(GB/T 17444-1998，红外焦平面阵列特性参数测试技术规范)给出了具体实现方法。响应率检测法中无效像元的判别阈值是靠经验来设定的，不具有通用性。

偏差检测法：偏差检测法是面阵型焦平面无效像元判别的另一常用方法。检测原理如下：根据实际经验确定一个阈值(threshold2)，此处的阈值与响应率检测法的阈值无关，求出像素点非均匀校正偏差系数(offset)的平均值(average)，如果某个像元的offset<(average-threshold2)或offset>(average+threshold2)，则认为对应的探测单元为无效像元。在非均匀校正中，偏差系数是对暗电流的校正，对环境温度相当敏感。因此，偏差检测法对环境温度变化引起的相对无效像元具有较好的判别能力。但对由物理损坏、响应特性的非一致性等引入的无效像元，则不具有判别能力。