基于积分时间调整的红外焦平面阵列非均匀性校正研究

摘要

随着红外热成像技术不断发展，红外成像系统拓展了人类的感知范围，在军事和民用领域都取得了广泛应用，表现出较好的发展前景和较大的商业价值。以非制冷型红外焦平面阵列(IRFPA)为核心的红外成像系统已成主流趋势。但是，由于受材料和制作工艺的限制，红外焦平面阵列各个探测单元在相同辐射下的响应呈现不一致性，即非均匀性。非均匀性对红外成像系统的成像效果存在极坏的影响，在非均匀性严重的情况下甚至导致探测单元丧失探测能力。为此，在红外成像系统实际应用中必须校正红外焦平面阵列的非均匀性。
　　 本文首先介绍了红外焦平面阵列非均匀性校正算法的国内外研究现状，然后重点分析了目前在工程中普遍采用的传统的基于黑体定标的非均匀性校正算法，给出了一点温度校正法、两点温度校正法及多点温度校正法的原理，并归纳总结其优缺点。这三种算法的主要缺点在于定标过程需要昂贵的黑体，还需要周期性更新校正系数，并且由于不能实时的改变系统的动态范围而导致响应度过低或者过高的非均匀图像校正效果较差。
　　 在指出了传统校正算法的不足的基础上，本文提出了新的基于积分时间调整的非均匀性校正算法，以及基于积分时间调整的盲元处理算法，这是非均匀性校正的预处理算法。文章先从理论上分析了系统响应与积分时间成正比，这是本文提出算法以积分时间作为定标参数的依据，以此为前提，进一步详细阐述了基于积分时间调整的非均匀性校正算法及盲元处理算法的原理。
　　 最后，简要介绍了CPLD+DSP红外成像系统的结构及其工作机理。利用该平台CPLD的可编程性，给出了积分时间及其相关驱动时序的设计与实现，在此基础上，详细说明了本文算法的实现原理和具体实现流程。另外，从视觉效果、非均匀性残余量及校正速度等方面将本文算法与传统算法进行对比。实验结果表明:基于积分时间调整的非均匀性校正算法与基于黑体定标的校正算法都能取得较为理想的校正效果且效果相当，同时，前者有效克服了后者的缺点，在实际工程中具有一定的实用性。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 红外热成像技术概述

1．2 非均匀性校正算法研究现状及意义

1．3 本文主要研究内容

第二章 基于黑体定标的非均匀性校正算法概述

2．1 非均匀性基本理论

2．1．1 非均匀性的定义

2．1．2 非均匀性的来源及表现形式

2．2 常用的黑体定标的校正算法

2．2．1 一点温度校正法

2．2．2 两点温度校正法

2．2．3 多点温度校正法

2．3 三种黑体定标校正算法优缺点分析

2．4 小结

第三章 基于积分时间调整的非均匀性校正算法研究

3．1 积分时间对IRFPA成像系统的影响

3．1．1 积分时间对IRFPA响应的影响

3．1．2 基于积分时间的IRFPA响应模型

3．2 基于积分时间调整的非均匀性校正算法

3．2．1 双积分时间校正法

3．2．2 多积分时间校正法

3．3 基于积分时间调整的盲元处理算法

3．3．1 盲元定义及产生机理

3．3．2 盲元处理算法原理

3．4 小结

第四章 基于积分时间调整的非均匀性校正算法的实现

4．1 算法测试平台概述

4．2 积分时间调整的实现

4．2．1 CPLD驱动时序设计

4．2．2 积分时间调整的实现原理

4．2．3 积分时间调整的实现流程

4．3 非均匀性校正算法的实现

4．3．1 算法的实现原理

4．3．2 算法的实现流程

4．4 实验结果分析

4．5 小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

附录A 在研期间所参与的科研项目和发表的论文

附录B CPLD驱动时序部分代码