射线检测数字实时成像的不一致性研究

在基于PaxScan4030平板探测器技术的射线检测中,输出图像的像质除受系统噪声的影响外,同时还受探测器固有的光电响应不一致性的影响。通过对影响平板探测器输出图像质量的分析,建立了探测器响应不一致性校正模型。在用常规叠加方法去除噪声的同时,利用校正因子对采集图像进行实时校正,以改善系统性能,提高成像质量。通过实验数据分析和对校正前后输出图像的比较,验证了此方法的可行性,从而为射线检测提供了一种有效的校正方法。     

基于半导体制冷器的非均匀性校正

非均匀性是红外系统中影响图像质量的重要因素。为了更好地拟合探测器的响应曲线,充分发挥探测器的最佳性能,以获得良好的图像效果,在两点校正的理论基础上提出了一种更为实用的两点校正方法。通过单片机(MCU)控制半导体制冷器(TEC)以产生两个不同的校正温度点,系统分别读取在这两个温度点下所采集的两幅图像,利用两点校正算法计算探测器的响应率和暗电流。通过实验验证,这种校正算法实用,易于实现。     

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。     

红外焦平面阵列非均匀性校正的精度分析

介绍了红外图像非均匀性校正的基本方法,并用基于黑体多点线性校正算法对128×128的红外焦平面阵列进行了图像校正,获得了较好的结果.多点线性校正的精度与定标点的选择和其数量有关,所以在得到探测器响应曲线的基础上,对这两个因素的选择进行了分析,并用实际的校正结果对这两个因素对校正精度的影响进行了讨论.结果表明,与理论分析符合的很好.     

基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法研究

针对两点温度定标算法在应用过程中曝露的问题,提出了基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法.该算法先对图像进行非线性压缩,转换为线性图像,再利用红外焦平面阵列探测元的响应特性与积分时间之间的关系,采用改变积分时间的方法拟合红外焦平面探测器的平均响应特性曲线,进行两点校正,然后对结果进行取指数操作,即得到原图非均匀校正后的图像.分别利用两点温度定标法和变积分法对航拍红外图像进行校正效果验证,同时进行了不同校正算法的非均匀性适应性评价实验.实验结果表明新算法计算量小,校正准确度高,反应速度快,并在一定程度上解决了大动态范围下响应非线性对校正性能的影响,具有很好的工程应用价值.     

基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法研究

针对两点温度定标算法在应用过程中曝露的问题,提出了基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法.该算法先对图像进行非线性压缩,转换为线性图像,再利用红外焦平面阵列探测元的响应特性与积分时间之间的关系,采用改变积分时间的方法拟合红外焦平面探测器的平均响应特性曲线,进行两点校正,然后对结果进行取指数操作,即得到原图非均匀校正后的图像.分别利用两点温度定标法和变积分法对航拍红外图像进行校正效果验证,同时进行了不同校正算法的非均匀性适应性评价实验.实验结果表明新算法计算量小,校正准确度高,反应速度快,并在一定程度上解决了大动态范围下响应非线性对校正性能的影响,具有很好的工程应用价值.     

X射线图像增强器像元响应不一致性的分析及校正

X射线图像增强器像元响应不一致性是评定图像质量的重要指标,它将影响设备的探测能力和分类级别,因而很有必要对不一致性的进行校正。通过对不一致性产生机理的理论分析,建立了图像增强器的每个像元通道光电响应的对数曲线模型。基于该模型,提出了一种改进的两点校正算法。该算法首先将非线性响应转化为线性响应,然后用基于最小二乘的多点校正算法对线性数据进行校正。校正前后的图像及标准差给出了对比,实验结果表明了该校正方法的有效性。     

基于自适应滤波的红外焦平面阵列非均匀性校正算法

 红外探测器响应漂移特性会降低红外焦平面阵列（IRFPA）非均匀性校正的精度。针对该问题提出了一种基于场景的IRFPA非均匀性校正算法。该算法利用所获得的序列成像场景信息,采用一种基于快速自适应滤波器的最优化递归估计方法来获得非均匀性校正参数,并利用当前的成像信息来更新校正参数,以此降低探测器响应漂移特性对非均匀性校正的影响。算法仿真实验显示,对非线性参数为26.12%的同一图像,使用该算法、两点校正算法和卡尔曼滤波校正算法校正1 h后,可分别将非线性参数降至1.856%,3.122%和1.893%,说明该算法可获得稳定而较好的非均匀性校正效果。     

基于MOS电阻阵列的红外目标模拟器非均匀性校正技术研究

红外成像目标模拟器是红外成像半实物仿真系统中的关键组成部分,基于微机械技术发展起来的MOS电阻阵列是红外图像生成器的重要发展方向。其中红外图像生成的质量是设计和研制红外成像目标模拟系统需重点考虑的问题。多种原因导致电阻阵列具有一定的非均匀性,因此在使用之前必须对其进行非均匀性校正。结合实际应用,阐述了基于MOS电阻阵列的红外成像目标模拟器的非均匀性产生机理,建立红外目标模拟器的非均匀性修正数据库对红外目标模拟器的图像数据源进行校正和补偿,产生校正后的图像数据,完成对红外目标模拟器存在非均匀性的离线修正。     

一种基于定标的非均匀性校正改进算法

红外辐射测量系统的成像性能以及测量精度受到焦平面阵列非均匀性的严重影响,原始红外图像的非均匀性需通过后期图像处理算法进行校正。为进一步提高制冷型红外探测器的非均匀性校正（NUC）效果,本文提出了一种基于定标的非均匀性改进算法。该算法以单点定标和两点定标非均匀性校正方法为基础,既保留两点定标非均匀性校正方法增益校正系数的一致性优势,又结合了单点定标偏置校正系数的稳定性,使得改进算法具有更好的校正效果。为了验证该改进算法的校正效果,本文以640 pixel×512 pixel大小的制冷型中波红外探测器为研究对象,采用入瞳直径为25 mm的红外成像系统对提出的算法进行实验验证。实验结果表明：在1 ms积分时间下,单点定标方法、两点定标方法及改进算法校正后的图像非均匀性分别为1.783 3%、0.219 0%和0.148 1%;2 ms积分时间下的非均匀性分别为1.825 7%、2.247 4%和1.654 6%。改进算法整体上进一步降低了图像的非均匀性,校正效果更好、精度更高。     

适应积分时间调整的红外图像非均匀性校正方法

针对应用常规红外图像非均匀性校正方法在变积分时间时,图像灰度值会发生改变的现象,提出了一种适应积分时间调整的红外图像非均匀性校正方法.该方法将不同积分时间、不同温度的黑体定标数据和对应的理论红外辐射量整合为一个整体数据库,借助神经网络损失函数和误差反向传递机制,对模型中的校正系数进行学习.训练得到的校正网络能在红外相机积分时间实时调整过程中,保证图像均匀地稳定输出,对后端红外图像处理有着重要意义,并验证训练该网络不需要大量定标数据.而针对红外探测器响应漂移的现象,则提出了在线修正校正系数的方法以有效应对.     

高稳定度可见/短波红外在轨相对定标监测系统关键技术研究

针对高稳定度遥感器在轨相对定标监测系统关键技术进行研究,阐述了工作原理和关键技术。研制了基于可见/短波红外双波段陷阱结构的高稳定度定标探测器组件,通过选择高灵敏度单元可见和短波红外光电探测器,一方面使探测器组件工作在线性更好、暗电流更低的零偏置光伏电路模式,另一方面使探测器组合成为复合型陷阱光机探测模式,并在模拟前放电路和数据采集环节进行了关键参数设计,完成了星载定标辐射源输出辐射的高稳定度相对定标监测系统设计。通过实验室内积分球以及国家计量技术机构提供的标准灯的辐射测试结果表明,系统获取的码值相对标准方差达到0.030%～0.046%(可见通道)和0.040%～0.059%(短波红外通道),实现了相对定标系统的高稳定度监测,为未来遥感器在轨相对定标提供一种优良的解决方案。     

红外凝视传感器定量仿真及模型验证

针对新一代红外凝视成像传感器,依据红外辐射能量传递和转换的物理过程,完成了对传感器各组成单元的物理效应建模.不同于以往成像模型的定性仿真,该模型实现了对系统各模块成像特性的定量描述,综合考虑了传感器的信号传递特性、空间传递特性、空间采样特性和时空噪音特性,构建了较为完善的高仿真度红外成像仿真模型.为验证仿真模型的有效性,搭建了有效性实验验证平台,获取了真实热像仪的性能曲线和输出图像.通过计算和比较仿真模型和真实热像仪性能曲线和输出图像相似程度,定量化评价了模型的仿真度,验证了仿真模型的有效性.     

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.     

工业CT图像均匀性校正

在工业CT图像重建过程中,射束硬化使得图像出现“杯状”伪影,阵列探测器响应不一致使得图像出现环状伪影、带状伪影和点伪影,影响图像均匀性.本文分析了射束硬化的原理和探测器响应不一致的数学模型,并通过实验,对探测器响应进行多挡板定标得到校正系数表.利用查表插值的方法对投影数据进行均匀性校正,消除上述伪影.     

Research on radiometric calibration for super wide-angle staring infrared imaging system

To perform radiometric calibration on super wide-angle staring infrared imaging system, the calibration experiment is carried out by using a standard blackbody source with a plate shape in laboratory, and the error analysis and data inversion are made based on the calibration results. Firstly, through analyzing the influencing factors including optical system, detector and signal processing circuit, the optical response model is established. Then, the radiometric calibration experiment is developed in the darkroom environment, and the error analysis is done from six aspects, which are the temperature and radiation instability of the black body, goniometer accuracy, angular resolution, the instability of detector output, data fitting error. Finally, according to the calibration results and the imaging characteristics of short-range airplane in the system, the infrared radiation intensity of aircraft target is calculated. The radiometric calibration and data inversion will benefit obtaining the target radiation characteristic during the system application, and can provide data reference for target detection, recognition, classification, so on.     

非制冷红外探测器读出电路的非均匀性研究

对于长线列的非制冷红外探测器组件, 不同探测元之间的非均匀性是衡量电路设计的关键指标. 为了实现长线列非制冷红外探测器的高性能读出, 本文设计了一种基于电流镜方式的非制冷红外探测器160线列读出电路, 电路由电流镜输入模块、电容负反馈互导放大器模块及相关双采样输出模块组成. 电路采用0.5 μm工艺制作完成. 通过合理设置电路中MOS管的参数和布局电流镜版图, 电路的非均匀性有了明显地改善. 通过测试, 电路的非均匀性小于1%, 器件总功耗约为100 mW, 并具有良好的低噪声特性, 输出噪声小于1 mV, 输出摆幅大于2 V. 该电路与160线列非制冷红外探测器互连后, 能较好地完成红外信号的读出, 在积分时间为20 μups的情况下, 器件的响应为0.294 mV/Ω, 整体性能良好. 该电路的研制对超长线列的非制冷红外冷探测器读出电路研制奠定了重要的技术基础.     

基于核电子学实验教学用的模数变换电路研制

介绍了一种基于核电子学实验教学用的模数变换电路的研制。在设计中,以单极型、16位、采样率为500k Hz,微功耗采样模数转换器ADS8322为核心,将采样保持电路输出的模拟信号转换为数字信号,通过发光二极管显示变换出的结果,在核物理实验教学过程中便于学生观察模数转换结果。在PCB板设计时在板正面绘制出了电路原理图,理解电路原理及构成。该电路也可以配合逻辑控制模块以及PC软件组成多道分析系统测量射线能谱。