1024元长线列红外探测器的数据采集技术

介绍了一种FPGA实现1 024元长线列红外探测器的数据实时采集处理技术。提出了一种FPGA实现探测器奇偶行对齐的实现方法;改进了二维线性外推盲元检测补偿算法,在对角线方向上进行盲元检测与补偿,解决了多盲元连通时检测效率低的问题;采用定点乘法器和加法器完成了探测器的均匀性校正。实验结果表明:该数据采集处理技术能够提高数据传输处理效率,具有良好的实时性和可移植性。     

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。     

红外探测器响应非均匀性对系统灵敏度的影响

红外焦平面探测器的响应非均匀性将产生空域噪声,影响系统的灵敏度,在一般的红外系统灵敏度噪声等效照度（NEFD）和噪声等效温差（NETD）计算公式中,却不包含非均匀性的影响.通过非均匀性空域噪声的定义和焦平面探测器的空域噪声与时域噪声不相关的基本假设,在给出图像总噪声与探测器空域噪声和时域噪声关系的基础上,推导出了响应非均匀性与系统灵敏度NEFD和NETD的关系式,为红外系统的设计特别是非均匀性校正提供了依据.     

一种基于短波红外焦平面阵列的盲元检测新方法

针对短波红外焦平面探测器盲元检测过程中存在的系统噪声和非均匀性问题,提出了一种综合递归滤波法、滑动窗口法和局部阈值法的盲元检测新方法.对所用递归滤波法、滑动窗口法以及局部阈值法的原理进行了阐述和分析,并对提出的新方法进行了实验仿真验证.结果表明:该方法不仅在一定程度上消除了系统噪声,提高了图像信噪比,而且有效克服了焦平面非均匀性对盲元检测的影响;与"2s"原则和"3s"原则盲元检测方法相比,该方法误判和漏判现象明显减少,提高了盲元检测精度,是一种比较实用的盲元检测方法.     

基于积分时间的国产红外探测器非均匀性校正算法

由于受制造探测器的半导体质量和工艺过程等因素的影响,红外探测器存在积分时间响应不均匀性。为了提高红外探测器的成像质量,有必要对其存在的非均匀性进行校正。分析了积分时间对探测器单元响应输出的影响,详细阐述了基于积分时间的非均匀性校正算法的原理,并提出了一种盲元补偿方法。将该算法用于国产640×512制冷型探测器的非均匀性校正实验,结果表明该算法对探测器的非均匀性校正具有明显的效果。     

制冷型热红外焦平面成像系统数据处理的关键技术

长波红外(8~12.5μm)焦平面的性能在很多方面弱于中短波红外器件,其非均匀性及盲元状况较严重。本课题首次在国内引进了法国Sofradir公司的320×256像元HgCdTe长波红外焦平面探测器MARS VLW RM4,其波长响应范围为7.7~12μm。基于一套高帧频低噪声信息获取系统,经过动态范围标定,实现了一套动态范围为250~330K、噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference.NETD)小于50mK的热红外成像系统。针对焦平面各像元的响应特性,研究了适用于热红外成像系统的非均匀性及盲元校正方法,提出了基于辐射定标的非均匀性校正和盲元检测。经实验验证,其校正效果优于两点定标法,且易于工程实现,基于辐射定标的结果可实现精确的温度反演。     

12 μm像元间距1280×1024碲镉汞中波红外焦平面探测器的制备及性能研究

武汉高德红外股份有限公司成功研制了像元尺寸为12 μm×12 μm的1280×1024大面阵碲镉汞中波红外焦平面探测器。在优化提升材料性能的基础上,突破了小像元钝化开孔、高密度小尺寸铟柱制备以及高精度大面阵倒焊等关键技术,成功制备出了1280×1024@12 μm碲镉汞中波红外焦平面芯片及组件。其盲元率小于0.5%,响应率非均匀性小于5%。F2探测器的平均噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为15 mK,平均峰值探测率为6×10¹¹ cm·Hzsup>1/2·W^-1。F4探测器的平均NETD为18.5 mK,平均峰值探测率为1.2×10¹² cm·Hzsup>1/2·W^-1。另外还提出了一种不稳定像元测试方法,即通过分析两点校正后的成像数据,并利用模块中值和空域噪声的比较,完成对红外图像中不稳定像元的检测和校正。结果表明,校正后的红外成像画质良好,在120 K时器件性能无明显降低。     

一种新的红外焦平面阵列调整电路设计

提出了一种新的红外焦平面阵列调整电路(skimming)设计。新的调整电路包括MEMS像元模块和非均匀性校正模块。该电路能够减少阈值电压对传统调整电路的影响,以及对探测器制造工艺引入的非均匀性进行补偿。MEMS像元模块通过控制明像元电路和盲像元电路中的电压值用于调节电路本身的非均匀性,同时非均匀性校正电路用以弥补探测器制造过程引入的像元电阻非均匀性。该电路应用于阵列为640×480的红外焦平面阵列上,采用TSMC 0.18 μm工艺进行设计、仿真。仿真结果表明:MEMS像元模块能够使明像元电路和盲像元电路具有一致性;明像元电阻的非均匀性小于3 %,最大积分电流失调为200 nA,非均匀性校正模块的补偿电流大于200 nA,符合设计要求,使得调整模块输出电流变大,积分电压变大,达到显示效果变亮的目的。     

红外图像盲元自适应检测及补偿算法

基于场景的盲元检测与补偿算法能有效地克服固定和随机盲元造成的图像亮点与暗点,提高探测器成像质量.通过将待检测图像分解为盲元目标和一般背景,建立迭代修正的背景预测模型提高预测准确度.并根据盲元和正常像元的残差能量统计差异完成单帧图像盲元检测.依据盲元缓变特征,利用建立的背景预测模型和盲元检测结果设计补偿算法,实现了单帧和...     

采用特征直方图的红外焦平面阵列盲元检测方法

红外探测器受材料和工艺等的限制，普遍存在盲元问题，降低了红外成像系统的图像质量，影响了目标检测系统的检测概率和虚警率，因此，有效检测盲元是红外图像处理领域的一个重要研究方向。在分析了有效像元校正模型的基础上，指出均匀辐照下红外焦平面阵列（IRFPA）有效像元非均匀校正后灰度图像的均值（MEAN）和标准差（STD）具有正态分布特征，对特征直方图采用自适应正交投影分解法进行高斯分解，得到有效像元校正后的MEAN和STD特征分布区间，最终得到盲元的分类准则。对IRFPA进行的验证实验结果表明，该方法获得了令人满意的结果，证实了所提出检测方法的有效性和科学性。     

线列红外探测器盲元检测技术研究

由材料、工艺等因素引起的盲元是衡量红外探测器光电性能的重要指标之一。以某线列扫描型碲镉汞红外探测器为研究对象,采用多种盲元检测方法分析了该探测器的盲元类型,并将分析结果作为精准确定盲元数量及位置的依据。通过对发现的盲元进行替换,得到了质量较好的图像。     

去除椒盐噪声的非对称有向窗加权均值滤波

针对传统滤波对称窗口在图像边缘处会引入干扰像素引起图像模糊的问题,提出一种非对称有向窗加权均值滤波算法.首先,基于区域极值进行噪声检测;其次,在对称有向窗的基础上提出非对称有向窗的概念,对于噪声点,通过标准差最小的原则自适应选择非对称有向滤波窗口;然后,在选择的非对称有向滤波窗口内对噪声点进行自适应基于距离倒数的加权均...     

基于模糊中值的IRFPA自适应盲元检测与补偿

红外焦平面阵列(IRFPA)的盲元既包括因材料与制造工艺的缺陷而导致的固定盲元,也包括因环境温度的漂移而出现的随机盲元.基于场景的盲元检测与补偿算法是去除这两种盲元,提高IRFPA 成像质量的有效手段.针对目前滤波类场景检测算法无法有效区分弱小点目标和随机盲元的缺陷,重点研究了随机盲元的响应特性和噪声特性,并提出了一种基于模糊中值与时域累积的盲元自适应检测与补偿算法.首先利用模糊中值滤波器从场景中提取出潜在的盲元,并通过多帧累积确定固定盲元和随机盲元的正确分布,最后对盲元进行实时补偿.实验结果证明:该算法可以有效地实现对盲元的校正,同时避免对弱小点目标的误判别.     

基于伽马压缩的红外图像非均匀性校正算法研究

针对红外探测器输出12位像素深度响应,而数字图像显示通常为8位的情况,提出一种基于伽马压缩的非均匀性校正算法。该算法利用自适应伽马曲线将探测器输出的响应进行压缩,然后基于两点校正对中低温图像和高温图像运用不同的校正系数进行校正。实验结果表明:该算法的非均匀性校正效果好,能够将传统两点校正方法校正后的残余非均匀性降低20%左右,校正后的中低温图像细节信息丰富,层次感强。     

行间转移面阵CCD漏光现象的实时校正方法

为了实现对行间转移面阵CCD漏光现象的硬件实时校正,提出了一种基于暗像元区域漏光信号提取的方法,对大面阵行间转移CCD的漏光现象进行消除。首先,对暗像元区域的漏光信号进行提取,基于FPGA设计了实时的中值滤波算法,对提取的漏光信号进行滤波,消除随机噪声的影响。然后通过辐射定标实验确定了漏光区域信号所体现的有效像素区域饱和阈值,采用加权平均补偿的方法对大于饱和阈值的漏光区域进行补偿,最终完成漏光现象的校正。实验结果表明:通过FPGA实时中值滤波算法对提取的漏光信号进行滤波,系统延迟仅为3行图像数据读出时间,完全满足系统实时性的要求,结合加权平均补偿的漏光信号去除算法很好地还原了图像,彻底消除了漏光现象。     

基于暗通道先验的红外图像清晰化及FPGA实现

针对红外图像普遍存在目标与背景对比度低、细节模糊等问题,提出一种改进的基于暗通道先验理论的红外图像清晰化算法,并在FPGA平台加以设计实现。该算法通过对输入图像当前像素和邻域的数据进行非线性滤波得到暗通道图像数据,并利用修正函数对透射率进行优化生成透射率查找表。在此基础上,根据暗通道像素值在查找表中查找透射率,并结合大气光散射模型进行图像清晰化处理,从而减少或消除传统暗通道算法产生的块效应及天空等高亮区域的颜色失真。结果表明,处理后的红外图像细节特征丰富、明亮度适宜。所提算法基于FPGA硬件实现仅占用4%的LUT和8%的I/O资源,工作频率最高达188 MHz,远远高于所使用的红外相机工作频率27 MHz,能够满足实时处理视频图像的需求。     

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。     

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。     

一种新的红外与可见光图像像素级融合方法

提出了一种使用指导性滤波进行像素级图像融合的方法。首先对红外图像进行最大值滤波处理以获取其中的高亮信息;然后使用原始红外图像作为指导图像对高亮部分做滤波,处理结果直接叠加在可见光图像上;最后将叠加图像进行伽玛校正以调整对比度,得到最终融合输出。实验结果表明:该算法能够充分利用红外与可见光图像各自的优势,融合效果较好,且计算复杂度低,易于实时处理。     

基于改进伽马曲线的星载长波红外焦平面非均匀性校正算法

随着长波红外探测器技术的进步,通过选用宇航级大阵列长波红外探测器,天基红外遥感卫星技术得到快速发展。长波红外探器响应强非线性导致传统的基于线性模型的非均匀性校正算法校正误差大,从而影响卫星在轨使用效能。针对该问题,结合大量实验室数据和卫星在轨数据的统计分析结果,建立了一种新的长波红外探测器非线性响应模型,据此提出了一种基于改进伽马曲线的非均匀性校正算法,以有效克服探测器响应强非线性对校正精度的影响。该算法首先建立基于改进伽马曲线的探测器非线性响应模型,依据此模型对获取图像进行非线性压缩映射,实现探测器响应的线性化,然后利用星载基于定标技术的线性化算法实施非均匀性校正,同时,定标温度点根据所建立模型参数动态更新,最后通过逆非线性化压缩映射还原出实际的非均匀校正后的图像。基于人造黑体和在轨实景红外图像的实验结果表明,该算法有效解决了探测器响应强非线性对校正精度的影响,校正后图像的视觉效果和定量化指标均优于传统的星载非均匀校正算法。