帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置，包括紅外探測器、FPGA、A/D和D/A；FPGA分別與紅外探測器、A/D和D/A連接，A/D分別與紅外探測器和D/A連接，首先FPGA驅(qū)動紅外探測器正常工作，紅外探測器觀測目標輸出圖像模擬信號傳輸至A/D采樣量化，同時FPGA驅(qū)動D/A，產(chǎn)生近似紅外探測器模擬輸出信號的波形電壓，再輸出給A/D作為采樣的基準電壓，圖像模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至FPGA，經(jīng)圖像處理后，輸出顯示。本實用新型的優(yōu)點在于，在硬件上校正了圖像行和行之間的非均勻性，改善了紅外探測器的響應(yīng)范圍。
【專利說明】帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于紅外熱成像技術(shù)，特別是一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前非制冷型紅外探測器的成像顯示是通過用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片A/D對紅外探測器 輸出的圖像模擬信號采樣量化，得到圖像數(shù)字信號，再經(jīng)后續(xù)圖像算法處理輸出顯示。其中 A/D采樣的基準電壓V KEF -般由A/D芯片內(nèi)部基準電壓提供或者由外部的電源芯片產(chǎn)生， 則VKEF是一個定值。假設(shè)Vd是A/D的采樣電壓范圍，V d由A/D芯片決定，也是一個定值，則 A/D采樣的模擬輸入電壓范圍：（VKEF-V d/2)?（VKEF+Vd/2)。然而，紅外探測器是有非均勻性 的，行與行的模擬信號輸出之間也是有非均勻性的，經(jīng)實驗觀察，如圖1和圖3所示，行與行 之間的非均勻性的極差為1. 58V，比列與列之間的非均勻性的極差0. 42V更嚴重，這就導(dǎo)致 了紅外探測器輸出的圖像模擬信號的最大值和最小值之差過大，甚至可能超過A/D的采樣 電壓范圍V d，即圖像的一部分已經(jīng)飽和，同時另一部分截止了。目前，現(xiàn)有的解決方法是對 紅外探測器輸出的圖像模擬信號進行分壓，之后再輸出給A/D采樣。該方法中最簡單的是 利用電阻分壓的形式降低紅外探測器輸出的圖像模擬信號的最大值和最小值之差，從而滿 足A/D的采樣電壓范圍V d。雖然這種方法滿足了 A/D的采樣電壓范圍要求，但有其明顯的 缺點：1，降低了原始圖像質(zhì)量，對圖像模擬信號的分壓即是對圖像對比度的降低，不利于后 續(xù)數(shù)字圖像算法的處理。2,未改善圖像模擬信號的非均勻性，圖像模擬信號極差仍然存在， 嚴重影響了探測器的響應(yīng)范圍，制約了非制冷型紅外探測器的工作環(huán)境溫度范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型的目的在于提供一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置及其預(yù)校正 方法，改善了紅外探測器的響應(yīng)范圍。
[0004] 實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為：一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝 置，包括紅外探測器、現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（A/D)和串行數(shù)模轉(zhuǎn)換 芯片（D/A)。FPGA分別與紅外探測器、A/D和D/A連接，A/D與紅外探測器和D/A連接，F(xiàn)PGA 產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動紅外探測器、A/D以及D/A工作，并且FPGA接收A/D采樣量化后的圖像 數(shù)字信號進行圖像處理。首先FPGA驅(qū)動紅外探測器正常工作，紅外探測器觀測目標輸出圖 像模擬信號傳輸至A/D采樣量化。同時FPGA驅(qū)動D/A，產(chǎn)生類似紅外探測器模擬輸出信號 的波形電壓，再輸出給A/D作為采樣的基準電壓。圖像模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并 傳輸至FPGA，經(jīng)圖像處理后，輸出顯示。上述D/A為串行數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。
[0005] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1)在保證原始圖像質(zhì)量的情況下改 善了紅外探測器的響應(yīng)范圍；（2)根據(jù)探測器模擬輸出信號行和行之間的響應(yīng)的不一致， 改變A/D的基準電壓，在硬件上校正了圖像行和行之間的非均勻性，改善了紅外圖像的質(zhì) 量；（3)由于A/D的基準電壓在一幀的時間里是隨探測器模擬輸出信號變化的，所以A/D的 采樣電壓范圍變寬，從而使紅外探測器的模擬輸出信號的響應(yīng)范圍變大，拓寬了紅外整機 系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1為示波器采集的非制冷型紅外探測器UL03041的模擬輸出信號波形圖。
[0007] 圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3為紅外探測器UL03041模擬輸出信號一巾貞中一行的波形圖。
[0009] 圖4為A/D的基準電壓不變時的采樣電壓范圍示意圖。
[0010] 圖5為本實用新型中采用的A/D的采樣電壓范圍示意圖。

【具體實施方式】
[0011] 結(jié)合圖1、圖2和圖3, 一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置及其預(yù)校正方法，通 過在硬件上用和紅外探測器模擬輸出信號類似的波形作為A/D的基準電壓，來校正紅外探 測器行與行之間的非均勻性，改善探測器的響應(yīng)范圍。
[0012] 一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置，包括紅外探測器、現(xiàn)場可編程邏輯門陣 列（FPGA)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（A/D)和串行數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（D/A)。FPGA分別與紅外探測器、A/D 和D/A連接，A/D與紅外探測器和D/A連接，F(xiàn)PGA產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動紅外探測器、A/D以及 D/A工作，并且FPGA接收A/D采樣量化后的圖像數(shù)字信號進行圖像處理。首先FPGA驅(qū)動 紅外探測器正常工作，紅外探測器觀測目標輸出圖像模擬信號傳輸至A/D采樣量化。同時 FPGA驅(qū)動D/A，產(chǎn)生類似紅外探測器模擬輸出信號的波形電壓，再輸出給A/D作為采樣的基 準電壓。圖像模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至FPGA，經(jīng)圖像處理后，輸出顯示。 上述D/A為串行數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。
[0013] 一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置的預(yù)校正方法，包括紅外探測器、FPGA和 A/D，F(xiàn)PGA分別與紅外探測器和A/D連接，A/D與紅外探測器連接，還包括D/A，分別再與 FPGA和A/D連接，利用FPGA控制D/A產(chǎn)生近似紅外探測器模擬輸出信號的波形電壓，再輸 出給A/D作為采樣的基準電壓，最后A/D對紅外探測器模擬輸出信號采樣量化，校正了紅外 探測器行與行之間的非均勻性，得到較均勻的圖像信號，從而增加了 A/D的采樣范圍，改善 了紅外探測器響應(yīng)范圍。上述D/A為串行數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。
[0014] 紅外探測器是有非均勻性的。以非制冷型紅外探測器UL03041為例，行與行的模 擬信號輸出之間也是有非均勻性的，而且比列與列之間的非均勻性更嚴重。圖1反映了非 制冷型紅外探測器UL03041在觀測溫度均勻的物體時，用示波器采集的模擬輸出信號，反 映了行與行之間的非均勻性，其極差為1. 58V。圖3反映了一行中像元響應(yīng)的非均勻性，其 電壓最大值與最小值之差為420mV，中間兩個較短的水平信號是行和行之間的無效數(shù)據(jù)。
[0015] 實施例1
[0016] 實驗步驟如下：
[0017] 步驟1)讓紅外探測器（型號為UL03041)完全面對一個溫度均勻物體，利用示波 器對正常工作的紅外探測器模擬輸出信號采集信號波形，記錄一幀中每行電壓值的近似平 均值；
[0018] 步驟2)根據(jù)紅外探測器模擬輸出信號VIDEO的波形電壓值，利用FPGA控制串行 D/A(型號為AD5324)產(chǎn)生與紅外探測器模擬輸出信號類似的電壓波形；
[0019] 步驟3)通過運算放大器對AD5324產(chǎn)生的電壓波形進行電壓跟隨，濾波之后再輸 出給A/D(型號為LTC2248)作為采樣的基準電壓；
[0020] 步驟4)最后LTC2248對紅外探測器模擬輸出信號VIDEO進行采樣量化，得到較均 勻的圖像數(shù)字信號。
[0021] 上述步驟2中，根據(jù)AD5324芯片的工作原理，其輸出電壓公式是：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置，其特征在于：包括紅外探測器、FPGA、A/D 和D/A ;FPGA分別與紅外探測器、A/D和D/A連接，A/D分別與紅外探測器和D/A連接，F(xiàn)PGA 產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動紅外探測器、A/D以及D/A工作；首先FPGA驅(qū)動紅外探測器正常工作，紅 外探測器觀測目標輸出圖像模擬信號傳輸至A/D采樣量化，同時FPGA驅(qū)動D/A，產(chǎn)生近似紅 外探測器模擬輸出信號的波形電壓，再輸出給A/D作為采樣的基準電壓，圖像模擬信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至FPGA，經(jīng)圖像處理后，輸出顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶預(yù)校正非均勻性的紅外探測裝置，其特征在于：上述D/A 為串行數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。
【文檔編號】H04N5/232GK204145627SQ201420553571
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】隋修寶, 劉源, 沈雪薇, 潘科辰, 陳錢, 顧國華, 孫鐿誠, 曾俊杰, 陶遠榮, 匡小冬 申請人:南京理工大學(xué)