红外焦平面阵列盲元检测技术研究

盲元的数量及其分布对红外焦平面阵列器件成像质量的影响较大.在给出盲元定义的基础上,对盲元的各种产生机理进行了分析,并给出了具体的盲元检测方法,为盲元补偿技术的研究提供了理论基础.     

红外焦平面阵列盲元簇成因分析

红外焦平面阵列中盲元簇的存在增加了系统盲元补偿算法的难度和复杂度。同时,基于算法处理的红外系统对盲元簇的要求更加严格,导致红外焦平面阵列的合格率大大降低。通过对大量红外焦平面阵列产品的测试,得到了盲元类别的统计结果:单个盲元、盲元对和盲元簇的盲元分别占盲元总数的60.8%、17.6%和21.6%。经分析,确定了盲元簇的几种主要成因:前工艺阶段的材料缺陷、光刻图形缺失、铟渣残留和铟柱缺陷;后工艺中的铟柱未连通、应力导致的芯片碎裂;可靠性试验诱发的缺陷暴露与扩大。研究结果表明,在探测器材料的筛选、铟柱制备技术、低应力的工艺和结构技术等方面做进一步的优化工作,可以降低盲元簇产生的几率,从而提高红外焦平面阵列的性能和成品率。     

红外焦平面阵列盲元检测及补偿算法

为了消除非制冷红外焦平面阵列图像盲元、改善成像质量,利用红外焦平面阵列盲元相应特性和相邻像元的相关性,提出了一种基于阈值+相邻像元检测及加窗中值补偿算法。结果表明,阈值+相邻元检测算法实现盲元误检率低、快速查找等优点;利用加窗中值的盲元补偿算法,可以使盲元图像得到明显改善,保持图像信息的完整性,同时,算法易于硬件实现。     

红外焦平面阵列盲元类型与判别

红外焦平面阵列中盲元的存在降低了红外图像的质量以及红外系统的性能。在系统应用中可以使用算法对盲元进行补偿,但对于焦平面阵列研制而言,盲元的状态却是决定其是否合格的重要因素之一。通过对红外焦平面阵列工艺过程的分析,确定了盲元的4种主要类型、产生的工艺过程和形成的原因。研究了每种类型盲元的特征和表现形式,推导出像元输出电压与盲元种类之间的关系表达式。据此提出了一种简捷的盲元类型判别方法:通过观测盲元的输出波形,即可判定它们的类型。根据盲元类型,可定位于相应的工艺过程,在实现工艺和质量监控的同时,有助于降低红外焦平面阵列的盲元数量、提高制备技术和成品率,保障批产的稳定性。     

红外焦平面阵列探测器盲元检测算法研究

受材料、制造工艺等因素的影响,红外焦平面阵列探测器均存在一定数量的盲元.在分析探测单元响应特性的基础上,提出一新的盲元检测算法.通过调节探测单元响应的显示动态范围,利用设定阈值完成盲元检测.实验表明,算法不受盲元簇大小的影响,查找速度快、定位准确率高,有效提高了图像质量.     

红外焦平面阵列盲元的电平判别法

红外焦平面阵列中盲元的存在降低了红外图像的质量以及红外系统的性能。在红外焦平面阵列最终性能的测试评价中,盲元的判定主要有响应率判据、噪声判据和电平判据三种。研究着重于第三种盲元判据——电平法的判别原理,结合实际测试结果,分析了该方法存在的不足,提出了改进的电平判别盲元的标准。采用改进的同心圆电平判别方法后,提高了盲元判别的一致性,减少了盲元的漏判与误判。然后根据电平法判别盲元的原理,提出了基于输出波形和灰度图的盲元判定方法。与红外焦平面阵列专用测试系统对比的结果表明,这两种方法对焦平面阵列盲元判别的准确率分别达到了90%和82%,为红外焦平面阵列提供了两种直观、快捷、简便的盲元判定途径。     

红外焦平面阵列盲元补偿算法研究

提出了一种补偿盲元的新算法,它首先利用自适应中值滤波检测红外焦平面阵列上可能的盲元点,然后再使用细节保持变分法对所挑出的盲元点进行补偿.这样,由于既保护了边缘又抑制了噪声,因此恢复出的图像质量明显优于传统的平滑滤波方法.仿真结果表明,本算法对噪声水平为25%的图像进行恢复后,其峰值信噪比仍可达到34.918 dB.     

一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法

受材料、制造工艺等因素的影响,红外焦平面阵列探测器均存在一定数量的盲元.在分析探测单元响应特性的基础上,提出一种双参考辐射源+定义检测算法.实验结果表明,该算法具有盲元误检率低,查找快速等优点.     

一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法

在分析盲元特性的基础上,依据形态学开闭运算对尖峰信号的滤波性质,提出了一种新的红外焦平面阵列盲元检测算法。选取合适的结构元素,运用开闭运算的滤波作用对图像进行平滑处理,从平滑图像中减去其均值得到阵列噪声响应图像,选取合适的图像均值的倍数作为检测阈值。对阵列图像进行开闭运算并与平滑图像取差后得到对过亮及过暗像素增强的图像,每个像素与阈值进行比较判别出盲元。     

一种新的红外焦平面阵列盲元处理算法

为了有效检测和补偿红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元,提出一种IRFPA盲元即时处理的新算法。该算法利用红外系统实时成像过程中盲元与有效像元的窗口响应率存在的显著差异性,实现盲元的快速检测;依据图像信息的时空相关性实现盲元的在线补偿。最后给出了盲元处理的硬件实现过程。实验结果表明:该算法流程简单,通用性强,能够对系统工作过程中随机出现的盲元进行即时检测和补偿,在实际工程中具有较大的应用价值。     

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.     

非制冷红外焦平面探测器固定图形噪声研究

针对国标GB/T17444-2013中对红外焦平面阵列(Infrared Focal Arrays,IRFPA)固定图形噪声定义不能直接反映成像画面质量的问题,指出IRFPA在实际成像时要先经过非均匀性校正,校正残留才是影响成像质量的主要因素。本文先介绍了典型的两点校正方法,基于典型两点校正提出随环境温度实时更新的两点校正公式。通过对校正后的探测器输出通过时域滤波和小波变换分离出了固定图形噪声(FPN),给出了FPN的测试和计算方法。讨论了如何选择定标温度点来计算增益校正系数使得FPN值在指定的温度范围最小。通过对比4个增益校正阵列各个温度点下的FPN曲线,并结合同一参考目标的成像画面,验证了本文提出的FPN值能够准确反应成像画面质量。     

基于SAR ADC的短波红外焦平面数字化读出电路研究

片上集成数字化是红外焦平面的主要发展方向之一,其关键技术是在读出电路内部集成模数转换(ADC)模块。针对线列InGaAs焦平面的数字化需求,采用了一种基于非二进制的冗余位 SAR ADC设计方案。整个读出电路包括读出电路单元和模数转换单元。读出电路单元采用的是电容跨阻放大器(CTIA)结构,其结构线性度好,注入效率高;模数转换单元采用的是SAR ADC,其结构简单,功耗低。文章采用非二进制校准的方法对CDAC模块进行设计,通过在电容阵列中插入冗余位来提高ADC的转换速度和精度,并使用下极板采样技术来提高采样精度。在0.18μm CMOS工艺模型下,完成了14bit的SAR ADC的设计。仿真结果表明:在采样率为1MS/s条件下,SAR ADC的信噪比(SNR)为74dB,有效位数为13.4bits。     

双色红外焦平面数字读出电路研究

设计了一款中、长波双色应用的数字化红外焦平面读出电路。由于双色红外焦平面器件在注入电流及动态输出阻抗上存在着数量级的差异,同时双波段均要求高灵敏度,因此读出电路需要在有限像元面积内实现双输入级的结构设计和大动态范围。电路采用基于直接注入型输入级的脉冲频率调制结构,设计电荷复位单元代替传统电压复位结构,可降低可探测的电荷分辨率,并改善由复位遗失电荷带来的非线性影响,同时电路设计了20bit混合结构的计数器,满足电路大电荷容量和低功耗的要求。仿真结果表明,实现的最小电荷分辨率为692e-,对应电荷容量为7.2×10⁸e-,双波段探测线性度均高于99.8%,在中、长波典型应用情况下功耗分别为3.03,6.66μW。     

基于FPGA的红外焦平面实时图像处理系统

针对红外焦平面阵列(IRFPA)实时图像处理系统中的重要环节——IRFPA的非均匀性校正和红外图像的增强,提出了以FPGA为核心的红外焦平面成像实时处理系统。该系统能够实时完成校正系数的计算、IRFPA非均匀性校正、红外图像的增强及视频合成等功能。在FPGA中采用了并行处理结构和流水线技术,使系统的处理速度高达50M×12 bit/s,特别适用于大面阵、高帧频IRFPA实时图像处理。仅用一片FPGA完成所有的处理功能,使整个系统结构简单、体积小、功耗小,便于小型化。     

基于OO-TDPN的红外焦平面阵列非均匀性校正系统建模研究

实现红外焦平面阵列非均匀性自适应校正是高级红外探测系统追求的重要目标.随着校正系统算法的复杂度和规模的增加,设计难度也大大增加.采用"描述-综合"的OO-TDPN的系统级建模方法,对基于BP神经网络的红外焦平面阵列非均匀性校正系统自顶向下进行了有层次的建模.首先对抽象出的系统对象类进行描述;然后基于对象类的聚合建立系统...     

HgCdTe红外焦平面探测器从研发到生产

HgCdTe 红外焦平探测器经过多年的研发,已达到批量生产的水平。昆明物理研究所批量生产的第二代红外探测器产品主要是长波288×4和中波320×256两类典型的红外焦平面探测器组件。在2013年这两类组件生产的数量分别可达几百套。介绍了在红外探测器生产中所需解决的关键问题,主要是HgCdTe材料的质量及光伏器件工艺的稳定性,并介绍两类主要生产的探测器组件产品及其性能结果。     

基于人眼视觉特性的IRFPA非均匀性校正算法研究

红外焦平面器件普遍存在着非均匀性问题,对红外焦平面阵列(IRFPA)实施非均匀性校正对提高成像质量具有重要意义。传统的IRFPA多点校正算法存在运算量大、实时性能低、实用效果差等问题,为此文章综合人眼视觉特性,提出IRFPA非均匀性多点校正算法。人眼视觉对图像的灰度分辨能力是有阈值限制的,利用这种分辨阈值可以对IRFPA的标定点进行有效压缩,生成像元号-校正系数表,然后通过查找系数表,实现IRFPA的非均匀性实时压缩校正。实验证明,提出的IRFPA非均匀性校正算法较传统的IRFPA非均匀性校正算法实时性能更好,非均匀性降低了0.203%。     

红外焦平面非均匀性校正ASIC芯片设计

提出了一个基于ASIC的红外焦平面非均匀校正解决方案。首先介绍了改进的定标及校正算法,并对校正效果进行了验证。改进后的算法对存储单元的需求与原先相比大大减小,因此十分适合ASIC实现。然后介绍了芯片的架构和控制结构,最后介绍了芯片的实现。该芯片采用0.25 μm工艺,对减小探测器系统体积,提高探测器系统的稳定性和可靠性有很大的帮助。     

一种高注入效率红外焦平面读出电路采样单元的设计

主要研究了一种新型的基于CTLA结构的CMOS红外焦平面读出电路的采样单元电路,该电路采用共源共栅电路结构,不仅具有一般CTIA结构高注入效率和固定偏压稳定的特点,而且由于采用管子数比一般的CTIA结构少,可以广泛应用在大面积的红外焦平面阵列上.