非制冷红外热成像系统图像算法评估技术

非制冷焦平面的非均匀性和噪声是限制非制冷红外热成像系统性能的主要因素,图像处理是非制冷红外热成像系统的关键技术之一.研制了非制冷红外热成像系统的图像算法评估系统,系统由高温黑体、低温黑体、红外光学系统、焦平面驱动电路、热电温控电路、信号处理系统、计算机和评估软件等构成,利用该系统可以将微测辐射热计非制冷红外焦平面各像元的输出信号数字化后传输给计算机,实现对焦平面的非均匀测试,同时可以通过软件对各种图像处理算法的效果进行分析和评估,为非制冷红外热成像的图像处理算法的选择提供依据,文中给出了实验结果.     

基于FPGA实现的IRFPA探测器驱动电路的设计

介绍了IRFPA(infrared focal plane arrays)探测器驱动电路的系统组成及工作原理,设计采用单片FPGA芯片实现探测器控制及红外图像的预处理,减小了整个系统的设计尺寸,提高了设计的集成度。详细介绍了核心器件FPGA的算法实现,给出了关键模块的设计方法、流程。通过应用于640×512红外焦平面阵列探测器,验证了方法的可性能,成像效果清晰、对比度高,满足后期图像处理的要求。     

红外图像实时处理系统设计一种算法的研究

随着红外焦平面技术的发展,红外热像仪广泛应用于多种领域。本文简要介绍了几种实用的红外图像处理算法,并采用320×240焦平面探测器,结合现有的红外图像处理技术研制而成红外图像实时处理系统。所采用的处理算法能够达到实时性要求,并取得了较好的效果。     

一种可实现非均匀校正和盲元补偿的像元ADC

像元ADC可将红外探测器的电流信号直接转换成对应数字量,在像元阵列之间以数字的方式进行传输和最终输出。本文设计了一种可实现非均匀校正和盲元补偿算法的像元级ADC,避免了在算法级进行非均匀校正和盲元补偿的方式,降低了后续图像处理算法实现的难度,减少了图像处理算法消耗的资源。所提出的像元ADC基于64×64探测器阵列进行了红外焦平面读出芯片的设计,并采用40nm CMOS工艺进行了流片,单个像元级ADC面积≤30μm×30μm,读出芯片面积约4.5mm×4.5mm。流片测试结果表示该像元ADC可实现非均匀校正与盲元补偿,非均匀校正范围可达到34。     

焦平面制冷红外热像仪信号处理系统设计

随着焦平面制冷阵列(IRFPA)红外探测器制造工艺的日益成熟,制冷热像仪以其成像质量好,分辨率高等特点在军事、公安、监控等领域有着广泛的应用前景。采用法国SOFRADIR320×256焦平面制冷中波红外探测器,与FPGA、高速DSP和现代图像处理技术相结合构成实时红外成像及处理系统。分析了与红外热像仪成像质量密切相关的红外信号处理系统关键技术和实现方法,详细描述了实时非均匀性校正、图像采集、直方图均衡等算法以及在系统设计中应注意的问题。     

非制冷红外焦平面非均匀性测试技术研究

非制冷焦平面的非均匀性和噪声是限制非制冷红外热成像系统性能的主要因素.研制了非制冷红外焦平面的非均匀性测试系统,系统由黑体、红外光学系统、焦平面驱动电路、热电温控电路、信号处理系统、计算机和测试软件等构成,利用该系统可以将微测辐射热计非制冷红外焦平面各像元的输出信号数字化后传输给计算机,实现对焦平面的非均匀性测试和盲元统计,并给出了实验结果.     

多功能红外焦平面读出电路设计

主/被动成像系统具备多种成像模式,集成度高、成本低、系统运行效率高,应用前景良好。设计了一种64×64规模的多功能红外焦平面阵列读出电路,在30 μm像元中心距的限制下实现了日光标准成像、微光成像、异步激光脉冲检测和二维激光测距四种成像功能。基于TSMC 0.35 μm工艺,完成了多功能读出电路的芯片设计与流片验证。电路复用设计和像素共享架构显著降低了版图面积。CTIA的T型开关有效减小漏电流,改善了红外被动成像电路的动态范围,高增益模式下动态范围达60 dB,低增益模式下动态范围达68 dB。并且满阱电荷容量分别为203 ke?和1.63 Me?。三级push-pull运放和MOS反馈电阻使RTIA兼具高增益和小尺寸。芯片测试结果表明,电路具备主/被动成像功能,性能良好,可应用于红外焦平面激光雷达成像系统。     

上海技术物理所成功研制超高分辨率光电成像系统

由中科院上海技物所方中华、孙胜利、陈桂林等研制的"一种推帚式超高分辨率红外焦平面传像束变换光电成像系统"已获得国家发明专利。该系统通过采用红外光纤传像束和相应图像处理技术,将大型红外光电成像系统对超长线列探测器及其相关制冷技术的研制开发要求转换为应用目前成熟的红外焦平面阵列技术和计算机图像处理技术,可获得更高的分辨率     

红外焦平面阵列失效元动态检测与校正算法

为克服失效元造成的图像固定噪声,改善红外焦平面阵列的成像质量,提出了一种基于场景的红外焦平面阵列图像传感器的失效元动态检测与校正算法.通过分析图像传感器正常像元和失效元的表现特征,并根据红外焦平面测试验收国家标准的规定,确定了区别正常像元和失效元的灰度阈值电平,并用双向线性外推的方法判定具体的失效元在一帧图像中的位置,根据失效元的判定算子和新型校正算法实现了对检测出失效元的实时校正.实验证明该算法简单可靠,易于硬件实现.     

基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法研究

由于红外焦平面阵列成像存在盲元等一系列问题,为了减少盲元对红外图像的干扰,本文提出一种基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法。对像元进行加窗并计算其中的均值中值以及一级梯度等数值,再进行加权计算并设定阈值与原像元对比进行盲元检测,最后使用局部中值滤波算法进行盲元补偿。仿真结果表明此种方法可以有效地检测盲元,拥有比较好的盲元补偿结果,有效地改善了红外焦平面阵列成像质量。     

热红外高光谱成像仪光谱匹配盲元检测算法

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响,红外焦平面阵列不可避免地存在盲元,严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像,空间维只剩一维,与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标,有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发,以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据,在数据规则化处理的基础上,自动提取有效像元目标的伪光谱曲线,采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验,结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息,检测精度较高,盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。     

红外系统微扫描技术研究

介绍了微扫描技术及其给红外焦平面阵列(FPA)成像带来的好处,分析了微扫描红外焦平面阵列成像方案的特点,比较了各种微扫描成像方案的优势及不足,指出了红外焦平面阵列微扫描成像工程化的可行方案和研究方向。设计了一种采用非制冷氧化钒384pixel×288pixel焦平面探测器的长波红外微扫描光学系统。其工作波长范围为8～14μm,F数为1,焦距为150mm。利用光学设计软件CodeⅤ进行了仿真计算,对其像质进行了评价,并给出了微扫描系统的配置方案。     

折反射中波红外探测无热化成像系统设计分析

系统研究分析了红外光学系统中各个光学参数随温度变化的影响情况,根据红外硫系光学材料折射率温度系数较小的特点,并结合折反射结构良好的消热差特性,应用Code-v光学设计软件设计了一种折反式中波红外探测无热化成像系统,系统工作波段为3.7～4.8 m,焦距为109.7 mm,全视场角为6.4,F/#为2.0,满足100%冷光阑效率,采用锗、硫化锌和硫系玻璃AMTIR1三种红外材料,设计结果表明,该系统在低温-40 ℃、高温60 ℃时的成像质量和常温20 ℃的成像质量变化不大,取得了良好的成像性能,可匹配像元尺寸为30 m,像元数320256的凝视型焦平面阵列中波红外探测器。     

自适应统计范围调整的红外图像灰度信息统计算法

长波红外焦平面探测器以太空为背景成像后,图像灰度信息的统计量易受探测器固定坏元和随机坏元的影响,为解决此问题提出了一种自适应统计范围调整的红外图像灰度信息统计算法。其基本思想是在统计灰度信息时自适应设置一定的统计范围,尽可能排除坏元对统计灰度信息的影响。算法中建立线性模型描述当前帧统计得到的灰度信息与下一帧统计范围之间的关系,以统计均值的均方误差最小为准则调整线性模型参数。仿真实验表明,该算法能够追踪红外图像的背景渐变并自适应调整下一帧统计范围,克服了长波红外探测器中坏元对于统计过程的影响,为后续的处理提供准确的灰度信息。此外,该算法以一种序贯递推的方式执行,适合在对实时性要求较高的系统中实现。     

中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀）

随着红外器件和成像技术的不断发展,各种夜视系统对百万像素的中波红外成像组件的需求越来越多。基于国产15 μm 1280×1024中波HgCdTe探测器,以探测器和杜瓦自身包络为基准,突破小体积、轻量化、一体化设计,研制出了紧凑型双FPGA处理平台的百万像素中波红外成像机芯组件,组件尺寸155 mm×95 mm×95 mm,质量为1400 g,支持SDI、Cameralink接口输出;在该平台上实现盲元替换、非均匀校正、降噪、细节增强、动态范围压缩、局部增强等实时图像处理算法,针对传统的红外成像算法提出了基于残差的非均匀校正算法与自适应局部增强算法,提升组件的成像性能。测试试验表明:组件实时输出分辨率为1280×1024像素的高质量低噪声的红外图像,噪声等效温差（NETD）<30 mK,组件满足高温60 ℃,低温?40 ℃工作要求,组件所采用的改进处理算法,最终输出图像提升明显。     

基于DMD的高动态范围成像光学系统设计

为了解决光电成像设备对空间实际场景观测时提出的高动态范围要求,设计了一种新型的像元级光强调制的高动态范围成像系统。系统由成像物镜、折叠反射镜、二次成像转置物镜组成,采用TI公司的数字微镜阵列（DMD）作为光强调制器件,通过光瞳匹配原则使两个系统完美衔接,并利用二次成像系统实现DMD单元与图像传感器的像素一一对应,设计结果显示:在像面的Nyquist频率处,全视场的MTF0.55,弥散圆的直径小于CMOS图像传感器的像素尺寸,并且畸变等像差也校正良好。该方法不仅可以提高图像传感器的可探测动态范围,还能够实时地探测到强弱目标,满足空间目标视景成像的要求。     

红外探测器测试系统噪声分析与抑制方法研究

随着红外焦平面技术的发展,探测器规模变得越来越大,像元噪声水平越来越低,因此对红外探测器测试系统噪声水平提出了更高的要求。本文从线缆、采集电路、电源和偏压以及ADC四个部分分析其对系统的影响,较为完整地分析了系统的噪声,并对相应部分噪声抑制方法进行研究。测试结果表明红外探测器测试系统动态范围优于100 dB。     

SoPC级双通道图像融合系统设计

针对多色焦平面探测系统的输出，实现像元级图像融合的前提是如何保证融合系统的高性能、微型化及低功耗。本文提出了一种基于XilinxVirtex4系列FPGA实现双通道图像融合的SoPC方案，采用模块化设计，将图像处理过程按采集、非均匀性校正预处理、融合、输出等功能模块作分级流水，充分利用器件的高性能、高并行性、可深度流水等特点来保证处理的实时性；并结合仿真实验结果，从处理算法的选择、复杂度以及资源占用等方面，分析了在单片FPGA上完成双通道720×576×10bit图像流2f/s实时融合处理的可行性，估算了SoPC系统功耗和转换为ASIC芯片后的系统功耗。     

基于DSP+FPGA的IRFPA实时图像数字处理系统设计与实现

为改善红外焦平面阵列成像质量,提出了以高速数字信号处理器为核心的红外焦平面实时图像数字处理系统,介绍了红外成像系统的结构并给出了系统的硬件实现框图,对系统工作流程和FPGA的控制逻辑及DSP响应中断实现数据转移及存储进行了分析。按作用划分为8个功能模块,详细讨论了3个功能模块的硬件实现和软件设计。