本發(fā)明涉及非制冷紅外探測器領(lǐng)域，特別涉及到一種紅外熱成像機芯標定裝置及其標定方法。

背景技術(shù)：

非制冷紅外焦平面探測器技術(shù)帶動了紅外技術(shù)的一次革命，其具有體積小、重量輕、高性價比和功耗低等特點，在國防和民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。受工藝和材料的影響，非制冷紅外焦平面探測器輸出的原始圖像或多或少會有失調(diào)和響應(yīng)非均勻性等缺陷。失調(diào)的非均勻性又被稱為固定圖像噪聲，固定圖像噪聲是指在同一輻射條件下個像素輸出電壓的不均勻性，主要表現(xiàn)為加性噪聲。響應(yīng)的非均勻性是指在相同輻射變化量下，各個像元的電壓變化呈現(xiàn)的不均勻性，其主要表現(xiàn)為圖像的乘性噪聲。

非均勻性校正算法的種類很多，目前使用最多的是基于一點定標的校正算法和基于兩點定標的校正算法，兩種算法均需要在探測器前加入均勻的擋板，使得擋板覆蓋焦平面陣列，獲取均勻輻射下的圖像，進行一點校正或是兩點校正。由于兩點校正需要不同溫度下的擋板分別覆蓋焦平面陣列，這在紅外產(chǎn)品的設(shè)計實現(xiàn)上較為困難，紅外廠商一般會在出廠前使用黑體進行兩點校正并將增益校正系數(shù)G和失調(diào)校正系數(shù)O存儲在機芯內(nèi)部的存儲器中，這樣只使用一個擋板進行一點校正，更新失調(diào)校正系數(shù)O即可。但是擋板的使用會造成紅外探測器數(shù)秒至數(shù)十秒的視覺盲視，并且擋板在啟用或停用時，電流變化很大，不僅增加了功耗，還會降低機芯系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少機芯的使用壽命。因此，剔除擋板能夠很好地減少紅外熱像儀的功耗和重量、增加其穩(wěn)定性、擴展其應(yīng)用市場并延長使用壽命。

目前大多數(shù)非制冷紅外探測器內(nèi)部集成了NTC熱敏電阻以測定焦平面襯底的溫度，襯底溫度漂移時，探測器輸出圖像的非均勻性往往發(fā)生變化。不同外界環(huán)境溫度，也會對輸出圖像的非均勻性產(chǎn)生影響?，F(xiàn)有的紅外探測器校正裝置，進行非均勻校正時，只能對單顆探測器進行非均勻校正參數(shù)的采集計算，效率低下。若要采集計算不同襯底溫度下的非均勻校正參數(shù)，用時更長，效率更低，對于工業(yè)化生產(chǎn)的大批量的紅外探測器的校正是不可接受的。綜上所述，目前的非均勻校正裝置及方法存在以下問題：(1)擋板的使用會造成紅外探測器盲視、功耗增加、重量增大、穩(wěn)定性降低等問題；(2)現(xiàn)有的紅外探測器校正裝置只能對單顆探測器進行校正，效率低下，不能滿足工業(yè)化檢測校正的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高效的紅外熱成像機芯標定裝置及其標定方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種紅外熱成像機芯標定裝置，包括可調(diào)溫黑體、可調(diào)恒溫箱、XY位移電機平臺以及待標定紅外熱成像機芯；

其中可調(diào)溫黑體用于對待標定紅外熱成像機芯提供均勻輻射且輻射功率可調(diào)節(jié)，可調(diào)恒溫箱用于為待標定紅外熱成像機芯提供溫度穩(wěn)定的環(huán)境且箱內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)，XY位移電機平臺用于調(diào)節(jié)負載于其上的可調(diào)溫黑體的位置，待標定紅外熱成像機芯用于提供探測器工作需要的偏壓和驅(qū)動時序；XY位移電機平臺包括兩條水平的橫向?qū)к?、與橫向?qū)к壔瑒舆B接的垂直于橫向?qū)к壍拇怪被?，兩個可調(diào)溫黑體分別放置于垂直滑軌上且可在垂直滑軌上縱向移動，待標定紅外熱成像機芯放置于可調(diào)恒溫箱內(nèi)部，可調(diào)恒溫箱的頂部正對待標定紅外熱成像機芯的位置設(shè)有可透紅外輻射的窗口，所述垂直滑軌在橫向?qū)к壣弦苿訌亩顾隹烧{(diào)溫黑體的中心透過窗口與待標定紅外熱成像機芯內(nèi)的非制冷紅外焦平面探測器的光軸對準；

所述待標定紅外熱成像機芯包括非制冷紅外焦平面探測器，待標定紅外熱成像機芯內(nèi)部集成有：探測器驅(qū)動模塊，用于提供探測器的驅(qū)動偏壓及驅(qū)動時序；NTC測溫模塊，用于將NTC測溫的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；圖像采集模塊，用于采集探測器捕獲的原始圖像；兩點校正模塊，依據(jù)圖像采集模塊采集到的高低溫圖像數(shù)據(jù)計算出增益校正系數(shù)G和失調(diào)校正系數(shù)O；一點校正模塊，依據(jù)圖像采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)計算出一點校正參數(shù)；存儲模塊，將校正參數(shù)存儲到對應(yīng)地址的存儲空間中；環(huán)境溫度測溫模塊，用于測量環(huán)境溫度。

探測器驅(qū)動模塊使探測器正常工作后，圖像采集模塊會將探測器的模擬輸出轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，兩點校正模塊根據(jù)這些數(shù)字圖像數(shù)據(jù)計算出兩點校正參數(shù)及一點校正參數(shù)并將校正參數(shù)通過存儲模塊存儲到對應(yīng)地址的存儲空間中。

作為優(yōu)選方式，紅外熱成像機芯具有圖像校正及圖像增強功能。

本發(fā)明還提供一種利用所述的紅外熱成像機芯標定裝置進行紅外熱成像機芯標定的方法：劃分焦平面襯底工作溫度T^*，調(diào)節(jié)可調(diào)恒溫箱箱內(nèi)溫度至劃分的起始溫度點，記錄此時對應(yīng)的焦平面襯底溫度，通過采集探測器對高低溫黑體的響應(yīng)圖像，計算出增益校正系數(shù)G、失調(diào)校正系數(shù)O參數(shù)并存儲；劃分環(huán)境溫度S，從低到高調(diào)節(jié)黑體的溫度至劃分的不同溫度點，計算出不同環(huán)境溫度下的失調(diào)校正系數(shù)O參數(shù)，并存儲；隨后改變恒溫箱的溫度，測定下一個焦平面襯底溫度下的G、O參數(shù)以及不同環(huán)境溫度下的O參數(shù)；黑體在升溫前，通過XY位移電機移動其位置，覆蓋另一待測探測器的焦平面進行相同步驟的圖像采集。

作為優(yōu)選方式，所述標定方法包括以下步驟：

a)將非制冷紅外焦平面探測器的焦平面襯底溫度變化范圍劃分為m個溫度區(qū)間，即有m+1個溫度點T₀～T_m(T₀＜T₁＜T₂＜…＜T_m-1＜T_m),將紅外熱成像機芯的應(yīng)用環(huán)境的溫度變化范圍劃分為n個溫度區(qū)間，即有n+1個溫度點S₀～S_n(S₀＜S₁＜S₂＜…＜S_n-1＜S_n)，將可調(diào)恒溫箱的溫度值設(shè)定為T₀，將待標定紅外熱成像機芯置于可調(diào)恒溫箱內(nèi)，待非制冷紅外焦平面探測器內(nèi)部溫度穩(wěn)定后，記錄下來NTC測溫模塊測得的焦平面襯底溫度

b)將兩個可調(diào)溫黑體其中一個設(shè)定為低溫T_L、另一個設(shè)定為高溫T_H，分別為低溫黑體、高溫黑體，移動XY位移電機平臺的垂直滑軌，使低溫黑體、高溫黑體先后對準非制冷紅外焦平面探測器，分別采集低溫T_L、高溫T_H這兩個溫度值下的探測器探測元的響應(yīng)電壓U_L(i,j)和U_H(i,j)，探測器焦平面陣列大小為M×N,M和N分別表示探測器焦平面陣列的行數(shù)和列數(shù)，(i,j)表示第(i,j)探測元；

c)分別對兩個不同溫度黑體下的探測器的響應(yīng)電壓求取平均值：

和

d)求得每個探測元的兩點校正參數(shù)G(i,j)和O(i,j)：

e)將計算得到校正參數(shù)G(i,j)和O(i,j)存儲到對應(yīng)的存儲空間中；此時若有另一個待測探測器需要采集計算校正參數(shù)，則利用XY位移電機平臺移動可調(diào)溫黑體，對該探測器進行步驟b)、c)、d)、e)的操作，否則執(zhí)行步驟f)；

f)調(diào)節(jié)兩個黑體的溫度分別為S₀和S₁,先后對準待測紅外焦平面探測器，采集探測元的響應(yīng)電壓U₀(i,j)，U₁(i,j)，并求出平均響應(yīng)值

g)分別求得探測器在外界環(huán)境溫度為S₀和S₁下的失調(diào)校正參數(shù)O₀(i,j)，O₁(i,j)：

h)將計算得到的O₀(i,j)和O₁(i,j)存儲到對應(yīng)的存儲空間中；此時若有另一個待測探測器需要采集計算校正參數(shù)，則利用XY位移電機移動可調(diào)溫黑體，對該探測器進行步驟f)、g)、h)的操作，否則執(zhí)行步驟i)；

i)調(diào)節(jié)黑體的溫度值為S₂,S₃…S_n,利用步驟f)、g)的公式，計算出對應(yīng)的每個探測元的失調(diào)校正參數(shù)O₂(i,j)，O₃(i,j)…O_n(i,j)并存儲；

j)將可調(diào)恒溫箱的依次升溫調(diào)節(jié)至不同的溫度值T₁，T₂…T_m,重復(fù)以上操作，求得不同焦平面襯底溫度下的兩點校正參數(shù)及不同外部環(huán)境溫度下的失調(diào)校正參數(shù)并存儲；探測器在使用時，根據(jù)襯底的溫度T^*，若選擇對應(yīng)溫度T_i^*的增益校正參數(shù)，T_i^*是對應(yīng)恒溫箱箱內(nèi)溫度為T_i時由NTC測溫模塊測得的焦平面襯底溫度；若選擇對應(yīng)溫度T₀^*的增益校正參數(shù)，若選擇對應(yīng)溫度T_m^*的增益校正參數(shù)；利用待標定紅外熱成像機芯的環(huán)境溫度測溫模塊測量環(huán)境溫度S，若選擇對應(yīng)溫度S_j的失調(diào)校正參數(shù)O_j(i,j)，若選擇對應(yīng)溫度S₀的失調(diào)校正參數(shù)O₀(i,j)，若選擇對應(yīng)溫度S_n的失調(diào)校正參數(shù)O_n(i,j)，然后利用選定的增益校正參數(shù)和失調(diào)校正參數(shù)對探測器的響應(yīng)進行校正。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：1、剔除了擋板，使得非制冷紅外焦平面探測器可根據(jù)襯底溫度及外界環(huán)境溫度選擇校正參數(shù)進行校正,減少了紅外熱成像機芯的功耗、體積和重量，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、融合了兩點校正參數(shù)與一點校正參數(shù)的測試環(huán)節(jié)，節(jié)省了可調(diào)恒溫箱及可調(diào)溫黑體調(diào)節(jié)溫度所用的時間，適用于多個探測器的測試校正，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置架構(gòu)示意圖；

圖2為校正參數(shù)獲取流程示意圖；

圖3為校正參數(shù)使用流程示意圖；

圖4為紅外熱成像機芯內(nèi)的模塊圖。

其中，1011第一可調(diào)溫黑體，1012是第二可調(diào)溫黑體，1021是橫向?qū)к墸?022是第一垂直滑軌，1023是第二垂直滑軌，103是可調(diào)恒溫箱，104是待標定紅外熱成像機芯，105是窗口。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

本實施例提供一種紅外熱成像機芯標定裝置，包括第一可調(diào)溫黑體1011和第二可調(diào)溫黑體1012、可調(diào)恒溫箱103、XY位移電機平臺以及待標定紅外熱成像機芯104；

其中第一可調(diào)溫黑體1011和第二可調(diào)溫黑體1012用于對待標定紅外熱成像機芯104提供均勻輻射且輻射功率可調(diào)節(jié)，可調(diào)恒溫箱103用于為待標定紅外熱成像機芯提供溫度穩(wěn)定的環(huán)境且箱內(nèi)溫度可調(diào)節(jié)，XY位移電機平臺用于調(diào)節(jié)負載于其上的可調(diào)溫黑體的位置，待標定紅外熱成像機芯104用于提供探測器工作需要的偏壓和驅(qū)動時序；XY位移電機平臺包括兩條水平的橫向?qū)к?021、與橫向?qū)к?021滑動連接的垂直于橫向?qū)к?021的第一垂直滑軌1022和第一垂直滑軌1023，第一可調(diào)溫黑體1011和第二可調(diào)溫黑體1012分別放置于第一垂直滑軌1022和第一垂直滑軌1023上且可在第一垂直滑軌1022和第一垂直滑軌1023上縱向移動，待標定紅外熱成像機芯104放置于可調(diào)恒溫箱103內(nèi)部，可調(diào)恒溫箱103的頂部正對待標定紅外熱成像機芯104的位置設(shè)有可透紅外輻射的窗口105，所述垂直滑軌在橫向?qū)к壣弦苿訌亩顾龅谝豢烧{(diào)溫黑體1011和第二可調(diào)溫黑體1012的中心透過窗口105與待標定紅外熱成像機芯104內(nèi)的非制冷紅外焦平面探測器的光軸對準；

所述待標定紅外熱成像機芯104包括非制冷紅外焦平面探測器，待標定紅外熱成像機芯內(nèi)部集成有：探測器驅(qū)動模塊，用于提供探測器的驅(qū)動偏壓及驅(qū)動時序；NTC測溫模塊，用于將NTC測溫的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；圖像采集模塊，用于采集探測器捕獲的原始圖像；兩點校正模塊，依據(jù)圖像采集模塊采集到的高低溫圖像數(shù)據(jù)計算出增益校正系數(shù)G和失調(diào)校正系數(shù)O；一點校正模塊，依據(jù)圖像采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)計算出一點校正參數(shù)；存儲模塊，將校正參數(shù)存儲到對應(yīng)地址的存儲空間中；環(huán)境溫度測溫模塊，用于測量環(huán)境溫度。

進一步的，紅外熱成像機芯具有圖像校正及圖像增強功能。

利用上述的紅外熱成像機芯標定裝置進行紅外熱成像機芯標定的方法為：劃分焦平面襯底工作溫度T^*，調(diào)節(jié)可調(diào)恒溫箱箱內(nèi)溫度至劃分的起始溫度點，記錄此時對應(yīng)的焦平面襯底溫度，通過采集探測器對高低溫黑體的響應(yīng)圖像，計算出增益校正系數(shù)G、失調(diào)校正系數(shù)O參數(shù)并存儲；劃分環(huán)境溫度S，從低到高調(diào)節(jié)黑體的溫度至劃分的不同溫度點，計算出不同環(huán)境溫度下的失調(diào)校正系數(shù)O參數(shù)，并存儲。隨后改變恒溫箱的溫度，測定下一個焦平面襯底溫度下的G、O參數(shù)以及不同環(huán)境溫度下的O參數(shù)。黑體在升溫前，通過XY位移電機移動其位置，覆蓋另一待測探測器的焦平面進行相同步驟的圖像采集。

具體的，上述標定的方法包括以下步驟：

a)將非制冷紅外焦平面探測器的焦平面襯底溫度變化范圍劃分為m個溫度區(qū)間，即有m+1個溫度點T₀～T_m(T₀＜T₁＜T₂＜…＜T_m-1＜T_m),將紅外熱成像機芯的應(yīng)用環(huán)境的溫度變化范圍劃分為n個溫度區(qū)間，即有n+1個溫度點S₀～S_n(S₀＜S₁＜S₂＜…＜S_n-1＜S_n)，將可調(diào)恒溫箱的溫度值設(shè)定為T₀，將待標定紅外熱成像機芯置于可調(diào)恒溫箱內(nèi)，待非制冷紅外焦平面探測器內(nèi)部溫度穩(wěn)定后，記錄下來NTC測溫模塊測得的焦平面襯底溫度

b)將兩個可調(diào)溫黑體其中一個設(shè)定為低溫T_L、另一個設(shè)定為高溫T_H，分別為低溫黑體、高溫黑體，移動XY位移電機平臺的垂直滑軌，使低溫黑體、高溫黑體先后對準非制冷紅外焦平面探測器，分別采集低溫T_L、高溫T_H這兩個溫度值下的探測器探測元的響應(yīng)電壓U_L(i,j)和U_H(i,j)，探測器焦平面陣列大小為M×N,M和N分別表示探測器焦平面陣列的行數(shù)和列數(shù)，(i,j)表示第(i,j)探測元；

c)分別對兩個不同溫度黑體下的探測器的響應(yīng)電壓求取平均值：

和

d)求得每個探測元的兩點校正參數(shù)G(i,j)和O(i,j)：

e)將計算得到校正參數(shù)G(i,j)和O(i,j)存儲到對應(yīng)的存儲空間中；此時若有另一個待測探測器需要采集計算校正參數(shù)，則利用XY位移電機平臺移動可調(diào)溫黑體，對該探測器進行步驟b)、c)、d)、e)的操作，否則執(zhí)行步驟f)；

f)調(diào)節(jié)兩個黑體的溫度分別為S₀和S₁,先后對準待測紅外焦平面探測器，采集探測元的響應(yīng)電壓U₀(i,j)，U₁(i,j)，并求出平均響應(yīng)值

g)分別求得探測器在外界環(huán)境溫度為S₀和S₁下的失調(diào)校正參數(shù)O₀(i,j)，O₁(i,j)：

h)將計算得到的O₀(i,j)和O₁(i,j)存儲到對應(yīng)的存儲空間中；此時若有另一個待測探測器需要采集計算校正參數(shù)，則利用XY位移電機移動可調(diào)溫黑體，對該探測器進行步驟f)、g)、h)的操作，否則執(zhí)行步驟i)；

i)依次升溫調(diào)節(jié)黑體的溫度值為S₂,S₃…S_n,利用步驟f)、g)的公式，計算出對應(yīng)的每個探測元的失調(diào)校正參數(shù)O₂(i,j)，O₃(i,j)…O_n(i,j)并存儲；

j)將可調(diào)恒溫箱的依次升溫調(diào)節(jié)至不同的溫度值T₁，T₂…T_m,重復(fù)以上操作，求得不同焦平面襯底溫度下的兩點校正參數(shù)及不同外部環(huán)境溫度下的失調(diào)校正參數(shù)并存儲。探測器在使用時，根據(jù)襯底的溫度T^*，若選擇對應(yīng)溫度T_i^*的增益校正參數(shù)，T_i^*是對應(yīng)恒溫箱箱內(nèi)溫度為T_i時由NTC測溫模塊測得的焦平面襯底溫度；若選擇對應(yīng)溫度T₀^*的增益校正參數(shù)，若選擇對應(yīng)溫度T_m^*的增益校正參數(shù)；利用待標定紅外熱成像機芯的環(huán)境溫度測溫模塊測量環(huán)境溫度S，若選擇對應(yīng)溫度S_j的失調(diào)校正參數(shù)O_j(i,j)，若選擇對應(yīng)溫度S₀的失調(diào)校正參數(shù)O₀(i,j)，若選擇對應(yīng)溫度S_n的失調(diào)校正參數(shù)O_n(i,j)，然后利用選定的增益校正參數(shù)和失調(diào)校正參數(shù)對探測器的響應(yīng)進行校正。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。