[发明专利]一种非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像系统领域，尤其是涉及一种非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正方法。

背景技术

红外焦平面阵列是20世纪70年代末80年代初，在国防应用以及其它战略与战术应用的推动下发展起来的。它是获取景物红外热辐射信息的重要光电器件。红外焦平面阵列是红外成像技术的核心部件，广泛用于军事、工业、农业、医疗、森林防火等各个领域的成像。

红外成像系统是红外热成像系统的重要组成部分。目前各种红外成像系统已经广泛应用到通信、医疗、军事、工业等领域。

红外焦平面阵列属于第二代红外成像器件，是现代红外成像系统的核心，具有结构简单、工作稳定、噪声等效温差小、灵敏度高等优点。

红外系统在理想情况下，红外焦平面阵列受均匀辐射，输出幅度应该完全一样。但实际上，由于制作器件的半导体材料不均匀（杂质浓度、晶体缺陷、内部结构的不均匀性等）、掩膜误差、缺陷、工艺条件等因素的影响，受均匀辐射的情况下，其输出幅度并不相同，这就是红外焦平面阵列响应的非均匀性。

造成红外非均匀性的原因有很多，其中主要是热像探测元自身的非均匀性，另外红外焦平面阵列的外界输入也会造成对非均匀性的影响。如探测器的偏置电压、偏置电流的不同，也会造成输出的不均匀性，主要表现为固定加性噪声。但是由于受到制作材料以及制作工艺的限制，红外焦平面阵列各个像元的响应特性无法做到完全一致。

红外焦平面阵列的这种非均匀性会严重影响红外成像系统的探测灵敏度和空间分辨率。因此，在实际使用中都需要对红外焦平面阵列做非均匀性校正。

目前，常用的红外非均匀性校正技术有很多种，如基于定标的一点校正、两点校正非均匀算法、基于场景的时域高通滤波法、自适应的人工神经网络法和均值滤波算法等等。但是目前还没有找到一种适应性较强的算法，各种非均匀性算法都有它的不足。

现有技术中，目前广泛被应用于实践的是一点定标算法和两点定标算法。

两点校正算法考虑了探测器的增益不均匀性和偏置不均匀性，在通常情况下，当入射红外辐射为零的时候，探测器的响应输出不为零。两点校正法将所有探测单元的响应特性曲线通过旋转平移，变换为同一条响应特性曲线。经过校正后，在均匀的辐射输入情况下，各个探测单元的输出电信号相同，从而消除红外图像的非均匀性噪声。但是进行红外图像的两点校正需要进行温度定标。

一点校正算法是最早的非均匀性校正算法，针对增益系数不均匀性和偏置系数不均匀性的两种情况，一点校正法也可以分为两种，分为增益系数不均匀的校正和偏置不均匀的校正，但是一次只能满足一种校正。

采用对偏置的不均匀性校正，一点校正的原理是假定探测器光敏元的输出信号与目标的辐射通量呈线性关系，一点校正算法就是在均匀光辐射下，把各个像元的输出信号校正为一致，即在某一光辐照度下，把不同的像元的输出信号校正为某一信号，这个信号可以是此条件下的最大值或者是其它某一个值，一般取平均值。

一点校正的实质只是对器件的暗电流作了补偿，并没有对增益作出校正。

在焦平面阵列的实际工作中，探测器光敏元的输出信号与目标的辐射通量之间呈非线性关系，增益和偏置也会随着环境温度的变化而产生非线性变化，导致红外焦平面阵列的红外非均匀性。两点校正方法是将红外焦平面阵列的工作温度区间按温度的上升梯度划分成各个小的温度区间。在一个小的温度区间内，假定探测器光敏元的输出信号与目标的辐射通量呈线性关系，然后利用两点校正的算法计算出这个小的温度区间内的偏置参数。

随着市场的需求和技术的进步，目前红外成像系统普遍采用了无TEC的封装形式，无TEC封装形式的红外成像系统除了需要进行传统的两点校正以外，在实际的使用过程中，由于随着使用的时间以及环境温度的变化以及红外成像系统焦平面阵列本身的温度发生的变化，会产生温漂，因此需要进行频繁的快门修正以消除红外焦平面阵列的红外非均匀性的影响。

在宽温度范围下，如果利用一点校正算法来消除红外焦平面阵列的红外非均匀性，需要在一点校正的时候给红外成像系统焦平面阵列选取均匀的辐照度，这种方法使得在红外成像系统的实际使用过程中，必须暂时中断红外成像系统对红外目标的信息获取。这种频繁的快门修正严重影响了红外成像系统对红外目标的连续观测。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够更新红外成像系统的校正参数而不需要中断红外成像系统的非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：