[发明专利]焦平面阵列校准方法

说明书

本发明涉及焦平面阵列(FPA)传感器领域，特别是，本发明涉及用像素步长步进滞留反射板(cross-pixel step-stare reflector)对焦平面阵列平场的校准。

焦平面阵列是用于成像和视装置中的光学传感器件，诸如前视红外(FLIR)系统，监视系统和控制武器的探测/跟踪系统。在FLIR系统中，例如，从物体发出的红外辐射被光电探测器阵列所检测，转换成电信号，然后用电子学方法显示，记录或用于目标自动检测和/或目标跟踪。FPA传感器特别适用于检测微光物体或发出的辐射放大气环境严重衰减的物体。

滞留(Stare)FPA扫描器件，即由多个探测器元件组合成阵列的器件，包括二维元件阵列，这些元件阵列利用电子扫描同时接收FPA视场区域内的信息。光学扫描装置在一些不同的视角上对视场扫描，并将从特定视角上接收到的信号反射到扫描阵列。光学扫描装置可以包括振镜或在竖直和水平方向旋转的棱镜，这种振镜或棱镜扫描时停住，即“滞留”在一特定视角，然后运动，即“步进”，到一新的视角，在这个新的视角上再扫描，等等。

为了达到成像光学系统设计的分辨率，往往需要对FPA的增益和偏置进行校准。这种过程通常需要一个均匀的噪声源或轮廓函数精确已知的源，当没有这种高质量的源时，尤其是在现场测试过程中，不能获得正确的校准，因此系统的成像能力就下降。

由于受到空间和成本的限制，平场校准源一般很难包括在成像光学系统中。在长波应用中尤其如此。特别是，在诸如有雾，下雨和下雪的朦胧天气下提供可见的无源毫米波成像技术中，对于像素增益和偏置需要十分简易和改进的校准方法。

所以，需要一个不利用均匀或平场源的校准方法，也需要一个采用简易校准方法的系统，使系统节省成本和空间。

本发明能满足这些需要。本发明提供了一个校准二维探测器阵列增益和偏置的方法，该探测器阵列是由多个单独的探测器元件构成。此方法包括的步骤为：将第一功率级的第一入射图像信号聚焦到探测器阵列上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第一功率级的第一图像画面；对于每一个探测器元件，将第一入射图像信号位移一个探测器元件距离到相邻的探测器元件上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第一功率级的第二图像画面；将第二功率级的第二入射图像信号聚焦到探测器阵列上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第二功率级的第一图像画面；对于每一个探测器元件，将第二入射图像信号位移一个探测器元件距离到相邻的探测器元件上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第二功率级的第二图像画面。

此方法还包括的步骤为：选择一个参照探测器元件；由：(1)参照探测器元件的电信号以及分别为第一功率级和第二功率级的第一图像和第二图像的所述相邻探测器元件对应的电信号，和(2)参照探测器元件的增益，确定相邻于参照探测器元件的探测器元件增益；又由：(1)参照探测器元件的电信号以及第一功率级的第一图像画面和第二图像画面的所述相邻探测器元件对应的电信号，(2)参照探测器元件的增益，(3)参照探测器元件的偏置，和(4)所述相邻探测器元件的增益，确定所述相邻探测器元件的偏置。对于探测器阵列的全部探测器元件，选择和确定的步骤可以重复进行。

本发明还提供一个计算机软件系统，它包括实现本发明方法的程序指令。

本发明还提供一个焦平面阵列校准系统，它用于校准二维探测器阵列的增益和偏置，该探测器阵列是由多个单独的探测器元件构成。此校准系统包括：将入射图像信号聚焦到探测器阵列上的光学装置；从各探测器元件读出对应电信号的输入系统；和用于控制光学装置和输入系统的控制器，其用途是：将第一功率级的第一入射图像信号聚焦到探测器阵列上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第一功率级的第一图像画面；对于每一个探测器元件，将第一入射图像信号位移一个探测器元件距离到相邻的探测器元件上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第一功率级的第二图像画面；将第二功率级的第二入射图像信号聚焦到探测器阵列上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第二功率级的第一图像画面；对于每一个探测器元件，将第二入射图像信号位移一个探测器元件距离到相邻的探测器元件上；从各探测器元件读出对应的电信号，作为第二功率级的第二图像画面。