Implementacja algorytmu korekcji niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej w układzie programowalnym

摘要

W artykule jest przedstawiony algorytm korekcji niejednorodności odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej oraz jego implementacja w układzie programowalnym FPGA. Algorytm NUC (nonuniformity correction) łączy właściwości korekcji jednopunktowej i korekcji dwupunktowej, które są stosowane do kompensacji niejednorodności odpowiedzi matrycy detektorów podczerwieni. Podstawowa różnica między zaproponowanym algorytmem NUC a standardowym algorytmem korekcji dwupunktowej jest w sposobie wyznaczania współczynników korekcji przesunięć charakterystyk poszczególnych mikrobolometrów w matrycy. Pozwala to zredukować liczbę operacji matematycznych wykonywanych sprzętowo podczas korekcji do jednego mnożenia i dwóch operacji dodawania. Wszystkie moduły cyfrowe użyte do przetwarzania sygnału wyjściowego z matrycy, zbierania danych i wyświetlania obrazu zostały zaprojektowane za pomocą zestawu laboratoryjego Altera DSP Development Kit Strata II Edition. Zaproponowany algorytm NUC był testowany z matrycą mikrobolometryczną 384×288 pikseli o rozmiarze detektora 35 μm firmy ULIS (Francja). Podczas badań uzyskano niejednorodność odpowiedzi matrycy mikrobolometrycznej po korekcji NUC poniżej 0,16% (std dev/mean) dla zakresu temperatury ciała czarnego od 20 ℃ do 50 ℃ i zmiany temperatury otoczenia ±2.5 ℃. Niejednorodność odpowiedzi matrycy bez korekcji wynosiła 8,1 %.%A nonuniformity correction (NUC) algorithm for microbolometer infrared focal plane array (FPA) and its implementation on a field programmable gate array (FPGA) device are presented. The NUC algorithm integrates features of the one-point correction and the two-point correction (TPC) to compensate FPA response nonuniformity. The main difference between the proposed NUC algorithm and the standard TPC is in the way of offset coefficients evaluation for individual microbolometers in FPA. It allows reducing the number of mathematical operations performed by hardware to one multiplication and two additions. All digital modules for processing of FPA output, data collection, and image displaying have been designed by the use of the Altera DSP Development Kit Stratix II Edition. The proposed NUC algorithm was tested with the ULIS 384×288 microbolometer FPA with 35μm pixel-pitch. During tests the microbolometer FPA response nonuniformity (RNU) after correction was obtained under 0.16% (std dev/mean) at the blackbody temperature range from 20℃ to 50℃ and the ambient temperature change of ±2.5℃. The RNU value was equaled 8.1% without any correction.