本發(fā)明涉及一種國產(chǎn)非制冷型紅外探測器模擬輸出自適應調(diào)整裝置及其方法，屬于紅外熱成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

20世紀30年代國外開始出現(xiàn)紅外熱成像技術(shù)，自德國人生產(chǎn)出以紅外變像管為探測器的主動式紅外熱像儀后紅外熱成像技術(shù)開始迅速發(fā)展起來。到了20世紀九十年代中期，美國fsi公司研制成功了剔除機械掃描裝置的焦平面紅外熱像儀(fpa)。此后，fsi公司進一步推出了無需致冷系統(tǒng)的非制冷熱像儀。而國產(chǎn)紅外熱成像技術(shù)研究起步較晚，整體水平落后于國外先進水平近10年，目前國內(nèi)使用較多且生產(chǎn)技術(shù)相對成熟的為氧化釩熱敏材料的非制冷紅外探測器。然而無論是國外紅外探測器還是國內(nèi)紅外探測器，都存在由紅外焦平面陣列的材料、制造工藝等影響造成的非均勻性，表現(xiàn)在紅外圖像上是固定的圖案噪聲。

國產(chǎn)非制冷紅外探測器采用片上非均勻性校正模塊(即occ模塊)來調(diào)節(jié)由紅外焦平面陣列阻值的不均勻性引起的失調(diào)、tcr的非均勻性以及增益的非均勻性，可以使得紅外探測器在無光照時各像元的輸出電壓都接近同一值。此外非制冷型紅外探測器的成像還需通過非均勻性校正后才能正常輸出顯示，而工程上比較常用的非均勻性校正方法是單點校正和兩點校正算法。其中兩點校正需要將紅外探測器放置于溫度穩(wěn)定的環(huán)境中，調(diào)整黑體溫度，分別得到高溫th黑體輻射下的探測器模擬輸出值vh和低溫tl黑體輻射下的探測器模擬輸出值vl，以此計算得到兩點參數(shù)，且不同溫區(qū)兩點參數(shù)不同。那么當紅外探測器受場景輻射模擬輸出值在vl～vh范圍內(nèi)時，探測器的每個像元的輸出響應都能夠通過兩點校正得到修正。而實際應用過程中，當紅外探測器的工作環(huán)境溫度與標定時的環(huán)境溫度不同時，探測器的模擬輸出會發(fā)生改變，且觀察場景的不同，無法保證紅外探測器的模擬輸出值在vl～vh范圍內(nèi)，那么紅外探測器的輸出響應將無法得到正確的修正，紅外圖像上會出現(xiàn)或暗或亮的噪點，影響觀察效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種國產(chǎn)紅外探測器模擬輸出自適應調(diào)整裝置及其調(diào)整方法，解決了紅外圖像上出現(xiàn)或明或暗噪點的問題，校正了紅外探測器的非均勻性，得到了較均勻的圖像信號，從而改善了紅外探測器的標定方法以及成像效果。

為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種國產(chǎn)紅外探測器模擬輸出自適應調(diào)整裝置，其特征是，包括紅外探測器、溫度傳感器芯片、fpga和a/d轉(zhuǎn)換器；所述fpga分別與紅外探測器、溫度傳感器芯片和a/d轉(zhuǎn)換器連接，a/d轉(zhuǎn)換器與紅外探測器連接；所述fpga產(chǎn)生的信號驅(qū)動紅外探測器、溫度傳感器芯片和a/d轉(zhuǎn)換器工作；所述溫度傳感器芯片感應紅外探測器的溫度并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后由fpga解碼；所述紅外探測器產(chǎn)生模擬圖像信號后經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器采樣量化后轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信號，fpga接收數(shù)字圖像信號并對其進行圖像處理。

一種基于上述的國產(chǎn)紅外探測器模擬輸出自適應調(diào)整裝置的調(diào)整方法，其特征是，包括如下步驟：

步驟1)fpga驅(qū)動紅外探測器正常工作，將紅外探測器正對所要觀察的場景；

步驟2)根據(jù)溫度傳感器芯片選擇溫區(qū)，并調(diào)用該溫區(qū)的兩點參數(shù)；

步驟3)紅外探測器接收外部場景的紅外輻射并轉(zhuǎn)換為電信號后，輸出模擬圖像信號傳輸至a/d轉(zhuǎn)換器進行采樣量化，利用fpga讀取紅外探測器每一幀的輸出值并計算平均值vo，判斷其是否在合適范圍內(nèi)：若不在合適范圍內(nèi)執(zhí)行步驟4)，若在合適范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟5)；

步驟4)調(diào)整最后兩列occ數(shù)據(jù)，返回步驟3)；

步驟5)進行擋片校正，輸出較均勻的紅外圖像。

進一步地，所述步驟2)中，將國產(chǎn)紅外探測器的工作溫度t范圍分為3個溫區(qū)：

低溫區(qū)：-40℃≤t＜0℃；

常溫區(qū)：0℃≤t＜45℃；

高溫區(qū)：45℃≤t≤60℃。

進一步地，所述步驟3)中紅外探測器的數(shù)字輸出范圍為(a-δ,a+δ)，其中a為a/d轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號范圍的中間值，δ為依據(jù)經(jīng)驗值選擇的正數(shù)；

進一步地，所述步驟3)中若紅外探測器處于高溫區(qū)工作時，將高溫區(qū)的紅外探測器的模擬輸出調(diào)整至稍低于低溫和常溫的模擬輸出。

進一步地，所述步驟3)中判定平均值vo在合適范圍內(nèi)時的要件是：紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo均在合適范圍內(nèi)。

進一步地，所述步驟4)中調(diào)整方法為：當紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo不在合適范圍內(nèi)時，將最后兩列occ數(shù)據(jù)從最低位開始自動加1。

進一步地，所述步驟5)的具體內(nèi)容為，當紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo在合適范圍內(nèi)時，fpga執(zhí)行單點校正，并經(jīng)過圖像處理，使得最終得到較為均勻的紅外圖像。

本發(fā)明所達到的有益效果：(1)無論工作環(huán)境溫度是否與標定時的環(huán)境溫度相同，都可以將紅外探測器的模擬輸出調(diào)整至兩點參數(shù)標定范圍內(nèi)，使紅外探測器各像元的響應能夠得到正確修正；(2)無論觀察場景的溫度是否超出兩點標定時黑體的溫度范圍，都可以將紅外探測器的模擬輸出調(diào)整至兩點參數(shù)標定范圍內(nèi)，使紅外探測器各像元的響應能夠得到正確修正；(3)簡化了兩點標定的過程，增強了同一溫區(qū)兩點參數(shù)的適用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實施例中調(diào)整方法的步驟示意圖；

圖3是實施例中紅外探測器的occ數(shù)據(jù)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明涉及的裝置通過硬件控制國產(chǎn)紅外探測器的片上校正字，使紅外探測器無論工作于何種溫度條件下，觀測場景為任意目標都能夠使紅外探測器模擬輸出在a/d轉(zhuǎn)換器的合適范圍內(nèi)，得到較為均勻的紅外圖像，增強了同一溫區(qū)兩點參數(shù)的適用性，簡化了標定的流程。

實施例中以廣微積電的探測器gwir0202x1a為例，如圖3，其occ一共有386×289個數(shù)據(jù)，通過兩根數(shù)據(jù)線sdh和sdl以及時鐘線scl一起傳輸。sdh和sdl各傳輸6比特組成12比特的校正字。

經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，12比特的occ數(shù)據(jù)可以分成三部分，即d3～d0為a3～a0(aocc)，d7～d4為b3～b0(bocc)，d11～d8為c3～c0(cocc)。

前384列occ數(shù)據(jù)用于校正對應列的像元的非均勻性，而最后兩列occ數(shù)據(jù)用于調(diào)節(jié)整個陣列輸出vo的均值。其中第384列occ每增大1比特aocc或者bocc都會使整個陣列的vo下降，而第385列occ每增大1比特aocc將使整個陣列的vo上升。因此，通過調(diào)整最后兩列occ數(shù)據(jù)可將紅外探測器模擬輸出調(diào)整至合適范圍內(nèi)。

本實施例具體操作是，實驗步驟如下：

步驟1)開機，將紅外探測器正對所要觀察的場景；

步驟2)根據(jù)溫度傳感器芯片(lm92)選擇溫區(qū)，并調(diào)用該溫區(qū)的兩點參數(shù)。一般國產(chǎn)非制冷型紅外探測器的工作溫度t范圍為-40℃至60℃，根據(jù)實踐經(jīng)驗，可將國產(chǎn)紅外探測器的工作溫度t范圍分為3個溫區(qū)：-40℃≤t＜0℃為低溫區(qū)；0℃≤t＜45℃為常溫區(qū)；45℃≤t≤60℃為常溫區(qū)。

步驟3)紅外探測器模擬輸出經(jīng)a/d芯片(ltc2246)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用fpga讀取紅外探測器每一幀的輸出值并計算平均值vo，判斷其是否在合適范圍內(nèi)，若不在合適范圍內(nèi)執(zhí)行步驟4)，若在合適范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟5)。

在本實施例中由于ltc2246為14bit的a/d轉(zhuǎn)換芯片，因此ltc2246的數(shù)字信號范圍為0～16383。經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)，由于紅外探測器具有非均勻性，由于紅外探測器具有非均勻性，所以當紅外探測器的輸出過高或過低時，容易出現(xiàn)圖像部分飽和或部分截止的情況，因此，紅外探測器的數(shù)字輸出應在一定的合理范圍內(nèi)，經(jīng)多次實驗，取4000～12000較為適宜。而隨著探測器工作時間的延長，探測器的輸出會發(fā)生緩慢漂移，因此在調(diào)整紅外探測器模擬輸出時將其調(diào)整至ltc2246的中間值較為恰當，因此取7000～9000。實際工作中，當紅外探測器處于高溫區(qū)工作時，由于工作環(huán)境溫度較高，紅外探測器的模擬輸出容易產(chǎn)生漂移，達到飽和，因此需要將高溫區(qū)的紅外探測器的模擬輸出調(diào)整至稍低于低溫和常溫的模擬輸出。本步驟中判斷紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo是否在合適范圍內(nèi)，其中，低溫和常溫區(qū)為7000≤vo≤9000，高溫為5000≤vo≤8000。

步驟4)調(diào)整最后兩列occ數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟3)。本實施例中由于只有調(diào)整第384列aocc或者bocc和第385列aocc才能夠調(diào)整紅外探測器的整個模擬輸出，因此將第384列aocc、bocc和第385列aocc作為一個新的12比特occ數(shù)據(jù)，為lasttwoocc。根據(jù)實驗規(guī)律，將第384列occ和第385列occ的初值分別設為448h和488h能夠比較迅速地找到合適的lasttwoocc數(shù)據(jù)。當紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo不在合適范圍內(nèi)時，將12比特的lasttwoocc從最低位開始自動+1。由于從調(diào)整occ到紅外探測器的模擬輸出發(fā)生變化并穩(wěn)定需要一定的時間，根據(jù)實驗，每16幀調(diào)整一次，直至紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo在合適范圍內(nèi)。

步驟5)進行擋片校正，紅外探測器的每一幀模擬輸出數(shù)字化后的平均值vo在合適范圍內(nèi)時，fpga執(zhí)行單點校正，并經(jīng)過一系列圖像處理，使得最終得到較為均勻的紅外圖像。

通過以上步驟，無論工作環(huán)境溫度是否與標定時的環(huán)境溫度相同，無論觀察場景的溫度是否超出兩點標定時黑體的溫度范圍，都可以將紅外探測器的模擬輸出調(diào)整至兩點參數(shù)標定范圍內(nèi)，使紅外探測器各像元的響應能夠得到正確修正，簡化了兩點標定的過程，增強了同一溫區(qū)兩點參數(shù)的適用性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。