基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量...     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值.     

一种基于DSP+CPLD的低功耗实时红外成像系统实现方法

非致冷红外焦平面阵列(IRFPA)固有的非均匀性严重制约了系统成像质量,其输出动态范围大和监视器显示输出动态范围小也构成了矛盾。为解决这些问题,采用了复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计红外焦平面阵列输出驱动和视频编码芯片的显示时序,以高速低功耗数字信号处理器(DSP)为核心,实现了嵌入式红外图像实时采集与压缩校正硬件系统。提出了一种结合两点校正的灰度直方图统计阈值分段线性压缩变换算法,并进行了实验。结果表明,系统可以实时的对红外图像进行采集和压缩校正,处理后图像的非均匀性得到很好的校正,背景被抑制的同时目标和细节得到了增强。该方案简单可靠,电路功耗较低,可为小型化红外热像仪的研制提供参考。     

基于FPGA的红外焦平面成像条纹噪声逐帧抑制算法的研究

红外焦平面阵列是当今红外成像技术发展的主要方向,随着器件工艺的进步,红外焦平面阵列探测器有了长足的发展,然而红外图像普遍具有信噪比低的缺点,这大大限制了红外焦平面的应用。与固定图案噪声（FPN）相比,随机噪声的最大特点是每帧均不同,因此去除该类型噪声的算法必须在一帧之内完成。提出了一种新型的单帧去除此类条纹噪声的算法并加以硬件实现,在单帧内设置适合的校正参数和阈值,达到在单帧图像内有效去除条纹噪声的目的。通过算法处理前后的图像对比以及客观的MSE、PSNR测试数据对比,证明了该算法能够有效地改善焦平面器件成像质量。     

红外焦平面器件盲元检测及补偿算法

在分析盲元响应特性的基础上,利用红外焦平面阵列对双参考辐射源的响应数据和相邻像元成像数据的相关性,提出了一种基于双参考辐射源的盲元现场自动检测和插值补偿算法,实现了盲元的自动检测和校正.实验结果表明:该方法具有对盲元查找速度快、定位准确率高、补偿效果好及易于软硬件实现等特点.     

基于FPGA的红外焦平面信息获取系统设计

基于红外焦平面探测器的红外遥感技术是实现多通道和高空间分辨率的重要手段,而随着焦平面探测器中探测单元的增加探测数据也急剧增加,研究基于FPGA的高速并行处理技术对解决红外探测领域多通道高速信息获取有重要意义。以FPGA作为控制器件,设计了16通道,数字分辨率为16bit的ADC采集方案,实现对32×32元的红外焦平面探测器数据并行获取,并设计了数据宽度为16bit的数据输出接口,用来完成采样数据的上传功能。实验结果表明该方案设计简洁,数据上传速度控制灵活,可以满足焦平面探测器的信号获取与传输。     

HgCdTe短波红外焦平面探测器校正技术

在短波红外成像光谱技术的应用背景下,对HgCdTe短波红外焦平面探测器的校正技术进行研究,包括坏像元校正和非均匀性校正,并提出先进行坏像元校正后进行非均匀性校正的探测器校正原则;在标准辐射源下,对正常像元的输出值进行正态分布拟合,并通过3σ准则设定正常像元输出值阈值的方法,确定探测器中坏像元的数量与位置,然后根据短波红外成像光谱技术的应用要求,对坏像元进行光谱二邻域均值替换;坏像元校正完成后,再采用运算量小、实时性强的两点法对探测器进行非均匀性校正。综合校正结果表明:探测器坏像元得到有效剔除,坏像元输出值得到良好校正,且非均匀性校正效果明显,图像细节更加丰富。     

混合式非致冷焦平面器件芯片工艺研究

随着红外热成像应用技术的不断发展，国内外研究和开发低成本非致冷热像仪的兴趣越来越浓。而开发非致冷热像仪的关键技术在于开发其核心部件非致冷焦平面器件。本文对致冷型焦平面器件和非致冷型焦平面器件进行简单的比较，简要报导国内外非致冷焦平面器件的发展状况、规模、目前达到的水平及其应用，着重叙述混合式１２８×１２８非致冷焦平面器件芯片的研制工艺。     

非制冷测辐射热计焦平面列阵现状

本文介绍非制冷测辐射热计焦平面列阵的现状，已制成含有８×１０４个非制冷长波红外探测器的焦平面列阵的热像仪，系统的噪声等效温差（ＮＥＴＤ）为０．０４℃，不需要制冷和机械调制入射辐射。非制冷热像传感器可用于保安和轻武器热瞄具，也可用于手持热像监视装置。     

热成像模式及其图像处理技术的研究与应用

热成像技术具有广泛的应用领域,随着红外焦平面探测器及数字图像处理技术的发展,新型热成像模式及其图像处理技术成为国内外发展的重要方向。介绍了近年来研究的几个典型进展,其中改进的基于场景特征的时域高通与空域低通滤波结合的非均匀性校正方法能够有效滤除制冷热成像系统观察低温天空场景时的水波纹固定图案噪声,并在FPGA硬件平台上实现了算法移植;研制出红外分焦平面偏振片阵列,实现了中波制冷和长波非制冷红外焦平面探测器的耦合成像,并通过考虑偏振片效应的偏振成像模型,滤除光路中偏振片的辐射影响;研制出基于常规制冷长波红外焦平面探测器的超频高动态热成像系统,在FPGA实现了多积分时间图像融合-细节增强级联的HDR图像融合方法,实现了对高动态场景的实时成像;研究了“田”字型四孔径和“十”字型四/五孔径等三类紧凑型视场部分重叠仿生复眼热成像模式,研制了2套实验系统来验证该方法的有效性;提出一种基于双生成对抗网络的非配对热红外-可见光图像转换算法TIV-Net,该方法能够将热图像有效地转化为类彩色可见光图像,并在无人机等平台实现了不低于20 Hz的实时处理。以上具有创新性的技术突破或已获得应用或展现良好的应用...     

大面阵非制冷红外热像仪的噪声等效温差精度分析

分析了采用脉冲偏置电压读出电路的大面阵(320×240)凝视型非制冷焦平面的原理。根据处于脉冲偏置的红外热像仪噪声等效温差的表达式,分析了影响噪声等效温差的几个因素。数值计算表明:脉冲偏置时非制冷焦平面温度升高带来的误差,是影响热像仪噪声等效温差精度的主要因素。     

硫系玻璃在现代红外热成像系统中的应用

介绍了硫系红外玻璃的组成成分,分析了其独特的优势,建立了红外热成像系统中各个参数和温度之间关系的数学模型。基于硫系玻璃折射率温度系数小、成本低的优点,将硫系玻璃应用于红外热成像探测系统,并给出了一种折射式的中波红外热成像消热差探测系统实例,评价结果表明,该系统在低温-40 ℃、常温20 ℃、高温60 ℃都取得了良好的成像质量,适用于像元数为320 pixel×256 pixel,像元尺寸为30 μm×30 μm的中波红外凝视型焦平面阵列探测器。     

一种工作于长波红外波段的40×成像物镜设计

为了同时满足热成像领域高分辨率与大探测范围的应用需求,基于机械正组补偿变焦理论,以一款长焦物镜为原型并采用浮动光阑结构,设计了一款高分辨率、高倍率的长波红外成像系统.系统的F数为1.2,变倍比为40×,焦距变化范围为5.86 mm～234.76 mm,无热化温度范围为-40℃～60℃,适配像元尺寸为12μm的长波红外焦...     

Pixels array matching for optical readout microcantilever array sensing system

An approach based on pixels array matching is proposed for optical readout bimaterial microcantilever focal plane array (FPA) sensing system, by which the CCD's pixel array can match the low resolution FPA properly. Compared with the old method, it has the following three advantages: (1) reduces the impact on the infrared imaging quality due to the bending deformation of the microcantilever pixels; (2) decreases the background noise and lower the infrared imaging system's noise equivalent temperature difference; (3) increases the imaging system's frame rate. A microcantilever FPA infrared imaging system with a programmable smart camera was developed to demonstrate the effectiveness of the approach. In addition, the approach can be applied to a similar optical readout micro-array sensing system whose resolution is lower than the CCD.     

640 × 512 pixel narrow-band, four-band, and broad-band quantum well infrared photodetector focal plane arrays

A 9 μm cutoff 640 × 512 pixel hand-held quantum well infrared photodetector (QWIP) camera has been demonstrated with excellent imagery. A noise equivalent differential temperature (NEDT) of 10.6 mK is expected at a 65 K operating temperature with f/2 optics at a 300 K background. This focal plane array has shown background limited performance at a 72 K operating temperature with the same optics and background conditions. In this paper, we discuss the development of this very sensitive long-wavelength infrared camera based on a GaAs/AlGaAs QWIP focal plane array and its performance in quantum efficiency, NEDT, uniformity, and operability. In the second section of this paper, we discuss the first demonstration of a monolithic spatially separated four-band 640 × 512 pixel QWIP focal plane array and its performance. The four spectral bands cover 4–5.5, 8.5–10, 10–12, and 13.5–15 μm spectral regions with 640 × 128 pixels in each band. In the last section, we discuss the array performance of a 640 × 512 pixel broad-band (10–16 μm full-width at half-maximum) QWIP focal plane.     

面阵扫描型警戒系统目标探测方法

根据红外面阵探测器的成像特点,提出了一种面阵扫描型警戒系统,该系统的新颖之处在于面阵的旋转会带来目标探测有效像元数目的增加,并使得目标探测信噪比得到提高.描述了使用面阵探测器扫描型警戒系统的系统参数和工作过程,推导了该系统的点扩散模型,分析了目标的成像特点,重点描述和分析了针对本系统特点的目标探测算法,并介绍了其信号处理的硬件结构.实验结果表明,基于面阵探测器的红外搜索系统具有很高目标探测概率,并且能够在强杂波环境中检测弱目标.     

A low cost uncooled focal plane array test system

The commercial test equipments from Pulse Instruments, Lumitron and Electro Optical Industries Inc. are very expensive. So, we proposed a new method of very low cost test system for testing the non-uniformity and signal/noise (S/N) and other characteristics of the uncooled focal plane array (UFPA). It uses complex programmable logic device to generate the necessary pulse for the UFPA and the low noise low dropout micropower regulator to obtain the low noise bias. A proportional-integral-differential controlled thermal electrical cooler based on micro-processor unit stabilizes the UFPA. The National Instruments 6111E Data Acquisition Card is used to convert the analog output of UFPA into digital signal into computer. Its 12-bits conversion capability provides sufficient accuracy for evaluating the S/N ratio and non-uniformity of 128×128 pixels UFPA. Labview is used to analyze the signal. The instrument is fast and convenient to adapt the system to other types of UFPA. Further discussion is presented to determine factors that affect the accuracy of the tester.     

非制冷高变倍比连续变焦光学系统的设计

针对长波非制冷氧化钒320240像元焦平面阵列探测器,像元间距25 m25 m,采用变焦距光学系统设计原理,引入非球面和衍射面设计技术进行像差平衡,设计了长波红外连续变焦光学系统。该系统工作波段为8 m～12 m,视场为2.86～50连续可变,F数为1.2,变倍比为18∶1,在整个变焦范围内,光学调制传递函数在0.5以上,接近衍射极限,并且全视场能量70％集中在探测器的一个像元内。整个变焦光学系统仅使用一种红外材料(单晶锗)进行像差矫正。     

320×240长波非致冷微测辐射热计红外热象仪的研制

介绍了基于微测辐射热计320×240长波非致冷红外热象仪的研制,详细说明了其电气系统的设计方法及技术关键,并对其光学系统进行了简要说明.采用高象质的双反射光学系统以减少象差;红外探测器采用320×240长波非致冷集成微测辐射热计红外焦平面阵列(FPA);电气系统采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成红外焦平面阵列的驱动,应用数字信号处理(DSP)技术实现红外焦平面阵列的非均匀性校正、图象增强及红外图象实时显示等.