一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路及補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路及補(bǔ)償方法，所述補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊、校準(zhǔn)單元、校準(zhǔn)開關(guān)陣列和讀出控制模塊，所述校準(zhǔn)開關(guān)陣列包含M個與前述像元陣列和讀出通道一一對應(yīng)的選通開關(guān)，每個選通開關(guān)的固定端連接與該選通開關(guān)對應(yīng)的讀出通道，每個選通開關(guān)的兩個選擇端分別連接校準(zhǔn)單元和與該選通開關(guān)對應(yīng)的像元陣列，所述M個選通開關(guān)的控制端均與補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊相連，M列像元陣列中的所有像元的控制端均與讀出控制模塊相連。本發(fā)明采用電路級和系統(tǒng)級相結(jié)合的補(bǔ)償方法，有效地降低了讀出通道的非一致性帶來的豎條紋非均勻性。
【專利說明】
一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路及補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于紅外探測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ) 償電路及補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非制冷型紅外焦平面陣列探測器以其體積小、重量輕、功耗低和高性價(jià)比等特點(diǎn)， 在軍事、工業(yè)、醫(yī)療等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但由于它脫離了制冷設(shè)備，使得探測器自身 工作溫度的變化導(dǎo)致非均勻性的變化。紅外焦平面的非均勻性產(chǎn)生大致可以分為兩類:探 測元的非一致性和讀出通道的非一致性。為了得到更加真實(shí)的圖像，紅外熱像儀中對非均 勻性的補(bǔ)償通常包括系統(tǒng)級的補(bǔ)償和電路級的補(bǔ)償。
[0003] 探測元的非均勻性是指由于工藝偏差問題，各探測元在不同工作溫度下對同一目 標(biāo)溫度的不同熱敏現(xiàn)象，非均勻的來源包括探測元材料的厚薄程度、臨近像元的干擾和與 讀出電路連接結(jié)構(gòu)的非一致性等。
[0004] 讀出通道的非一致性是指讀出電路的每一列讀出通道由于工藝偏差導(dǎo)致對同一 輸入電信號產(chǎn)生不同的輸出電信號現(xiàn)象，非均勻的來源包括參比電阻模塊、運(yùn)放模塊、采樣 保持模塊和輸出緩沖模塊的非一致性等。由于讀出電路的每一列信號共用一個讀出通道， 因此該非均勻性在圖像上呈現(xiàn)為豎條紋現(xiàn)象。
[0005] 系統(tǒng)級的補(bǔ)償屬于一種圖像后處理方法，該校正過程在用以紅外圖像后處理的 FPGA中完成?，F(xiàn)有的紅外熱像儀產(chǎn)品中普遍采用的是基于擋片的偏差校正技術(shù)，其基本原 理是當(dāng)探測元環(huán)境發(fā)生變化時，用一非透光擋片為焦平面陣列所有探測元提供一個基本一 致的目標(biāo)溫度，以校正各探測元(包括其讀出通道的影響)在當(dāng)前工作溫度情況下的非一致 性。
[0006] 電路級的補(bǔ)償是一種非圖像后處理的方法，屬于非致冷紅外焦平面探測器讀出電 路的一部分。目前市面上采用電路級補(bǔ)償?shù)慕蛊矫娌⒉欢嘁?，主要原因是如果要對每一個 像元進(jìn)行電路級的補(bǔ)償，電路中則需要對每一個像元提供不同的偏壓值，對應(yīng)到相應(yīng)的電 路就是每一個讀出通道上需要增加一個DAC來提供不同的偏壓值以及用于存儲偏壓值的存 儲器，電路成本相當(dāng)高;此外在出廠前需要分段模擬探測器的工作溫度，以得到在不同工作 溫度下各探測元所需要的偏壓值，顯然增加了出廠設(shè)置時間和難度，對測試人員的技術(shù)要 求也是非常高，不利于大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述【背景技術(shù)】提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種紅外焦平面探測器 讀出電路的補(bǔ)償電路及補(bǔ)償方法，采用電路級和系統(tǒng)級相結(jié)合的補(bǔ)償方法，有效地降低了 讀出通道的非一致性帶來的豎條紋非均勻性。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] -種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，所述紅外焦平面讀出電路包括Μ列 像元陣列以及與之一一對應(yīng)的Μ個讀出通道，所述補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊、校準(zhǔn)單 元、校準(zhǔn)開關(guān)陣列和讀出控制模塊，所述校準(zhǔn)開關(guān)陣列包含Μ個與前述像元陣列和讀出通道 一一對應(yīng)的選通開關(guān)，每個選通開關(guān)的固定端連接與該選通開關(guān)對應(yīng)的讀出通道，每個選 通開關(guān)的兩個選擇端分別連接校準(zhǔn)單元和與該選通開關(guān)對應(yīng)的像元陣列，所述Μ個選通開 關(guān)的控制端均與補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊相連，Μ列像元陣列中的所有像元的控制端均與讀出控 制模塊相連。
[0010] 基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述選通開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)。
[0011] 基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊、校準(zhǔn)單元和讀出控制模 塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片上。
[0012] 基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，所述校準(zhǔn)單元采用熱敏電阻或盲像元。
[0013] 基于上述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
[0014] (1)在探測器初始啟動階段，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校準(zhǔn)開 關(guān)陣列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而獲取每個讀出通道的初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)； [0015] (2)在探測器正常工作過程中，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校準(zhǔn) 開關(guān)陣列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而更新每個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù) 據(jù)；
[0016] (3)將Μ個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)求平均，并計(jì)算初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)與實(shí)時校準(zhǔn) 源數(shù)據(jù)平均值的差值，該差值即為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
[0017] ⑷讀出控制模塊輸出像元控制時序，從而進(jìn)行Μ列像元陣列的行選和列選，從Μ個 讀出通道實(shí)時獲取像元讀出數(shù)據(jù)；
[0018] (5)將像元讀出數(shù)據(jù)減去步驟(3)得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即得到補(bǔ)償后的像元數(shù)據(jù)。 [0019]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：
[0020] 本發(fā)明采用電路級和系統(tǒng)級相結(jié)合的補(bǔ)償方法，有效地降低了讀出通道的非一致 性帶來的豎條紋非均勻性。由于各讀出通道獲取校正源數(shù)據(jù)采用分時復(fù)用的方法，各通道 共用一個校準(zhǔn)單元，實(shí)現(xiàn)了在增加較低成本的狀態(tài)下完成了校準(zhǔn)工作，滿足批量生產(chǎn)要求。 探測器在工作過程中可以實(shí)時更新校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)，使校準(zhǔn)數(shù)據(jù)能夠隨探測器的工作溫度發(fā)生 變化，實(shí)現(xiàn)了紅外熱像儀系統(tǒng)的實(shí)時非均勻校正。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明補(bǔ)償電路的框圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明補(bǔ)償方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]本實(shí)施例以像元陣列大小為384*288的紅外熱成像系統(tǒng)為例，Μ=384表示像元陣 列的列數(shù)，即紅外焦平面探測器讀出電路共有384個讀出通道，每一列上的288個像元數(shù)據(jù) 共用一個通道進(jìn)行讀出。由于制造工藝偏差的原因，該384個讀出通道在性能上必然存在偏 差，稱為讀出通道的非一致性，記為A ={4^42……Δ"}，它們是導(dǎo)致紅外熱像儀圖像產(chǎn) 生豎條紋的根本原因。
[0025] 對于第一列的讀出通道，將第一列像元數(shù)據(jù)記為XI = {X11、X12……χ1288}，其讀出數(shù) 據(jù)記為:Y1 = {yii、yi2......yms}，則有Υ1=Χ1+Δ l，其它通道同理。得到探測器像元輸出方程 Υ = Χ+Δ 0
[0026] 如圖1所示，一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，所述紅外焦平面讀出電 路包括Μ列像元陣列以及與之一一對應(yīng)的Μ個讀出通道，所述補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模 塊、校準(zhǔn)單元、校準(zhǔn)開關(guān)陣列和讀出控制模塊，所述校準(zhǔn)開關(guān)陣列包含Μ個與前述像元陣列 和讀出通道--對應(yīng)的選通開關(guān)1(1、1(2 - 1(1，每個選通開關(guān)的固定端連接與該選通開關(guān)對 應(yīng)的讀出通道，每個選通開關(guān)的兩個選擇端分別連接校準(zhǔn)單元和與該選通開關(guān)對應(yīng)的像元 陣列，所述Μ個選通開關(guān)的控制端均與補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊相連，Μ列像元陣列中的所有像元 的控制端均與讀出控制模塊相連。
[0027] 在本實(shí)施例中，所述選通開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)。所述補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊、校準(zhǔn)單元 和讀出控制模塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片上。所述校準(zhǔn)單元采用熱敏電阻或盲像元。
[0028] 如圖2所示，基于上述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路的補(bǔ)償方法，包括以 下步驟：
[0029] S1:在探測器啟動階段，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校準(zhǔn)開關(guān)陣 列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而獲取每個讀出通道的初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)α = {αι、α2......αΜ}；
[0030] S2:在探測器路正常工作過程中，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校 準(zhǔn)開關(guān)陣列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而更新每個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù) 據(jù)a，，k=l，2，."M;
[0031] S3:將Μ個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)求平均
并計(jì)算初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)與 實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)平均值的差值=0+Δ-α,該差值卵卩為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
[0032] S4:讀出控制模塊輸出像元控制時序，從而進(jìn)行Μ列像元陣列的行選和列選，從Μ個 讀出通道實(shí)時獲取像元讀出數(shù)據(jù)Υ;
[0033] S5:將像元讀出數(shù)據(jù)Υ減去步驟(3)得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)β，即得到補(bǔ)償后的像元數(shù)據(jù)Ζ = Υ_β〇
[0034] Ζ=Υ-/3=Χ十Δ-Ο+Δ-α ，由此可見，補(bǔ)償后的像元數(shù)據(jù)Ζ與通道的非一致 性△無關(guān)，證明了該方法有效消除讀出通道偏差引起的非均勻性，消除了紅外圖像的豎條 紋現(xiàn)象。
[0035]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，所述紅外焦平面讀出電路包括Μ列像 元陣列以及與之一一對應(yīng)的Μ個讀出通道，其特征在于:所述補(bǔ)償電路包括補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模 塊、校準(zhǔn)單元、校準(zhǔn)開關(guān)陣列和讀出控制模塊，所述校準(zhǔn)開關(guān)陣列包含Μ個與前述像元陣列 和讀出通道一一對應(yīng)的選通開關(guān)，每個選通開關(guān)的固定端連接與該選通開關(guān)對應(yīng)的讀出通 道，每個選通開關(guān)的兩個選擇端分別連接校準(zhǔn)單元和與該選通開關(guān)對應(yīng)的像元陣列，所述Μ 個選通開關(guān)的控制端均與補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊相連，Μ列像元陣列中的所有像元的控制端均 與讀出控制模塊相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，其特征在于:所述選通 開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，其特征在于:所述補(bǔ)償 校準(zhǔn)控制模塊、校準(zhǔn)單元和讀出控制模塊集成在一片F(xiàn)PGA芯片上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路，其特征在于:所述校準(zhǔn) 單元采用熱敏電阻或盲像元。5. 基于權(quán)利要求1所述紅外焦平面探測器讀出電路的補(bǔ)償電路的補(bǔ)償方法，其特征在 于，包括以下步驟： (1) 在探測器初始啟動階段，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校準(zhǔn)開關(guān)陣 列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而獲取每個讀出通道的初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)； (2) 在探測器正常工作過程中，補(bǔ)償校準(zhǔn)控制模塊輸出開關(guān)控制時序，輪流將校準(zhǔn)開關(guān) 陣列中的每個選通開關(guān)與校準(zhǔn)單元相連接，從而更新每個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)； (3) 將Μ個讀出通道的實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)求平均，并計(jì)算初始校準(zhǔn)源數(shù)據(jù)與實(shí)時校準(zhǔn)源數(shù) 據(jù)平均值的差值，該差值即為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)； (4) 讀出控制模塊輸出像元控制時序，從而進(jìn)行Μ列像元陣列的行選和列選，從Μ個讀出 通道實(shí)時獲取像元讀出數(shù)據(jù)； (5) 將像元讀出數(shù)據(jù)減去步驟(3)得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，即得到補(bǔ)償后的像元數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01J5/00GK106092326SQ201610536657
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】韋良忠, 梅平, 劉燕, 陳黎明
【申請人】無錫艾立德智能科技有限公司