一种双波段探测器及利用双波段探测器的过采样探测方法

摘要

本发明公开了一种双波段探测器，包括平行安装于探测器基板上的短波探测器和中波探测器，短波探测器或中波探测器中的探测器芯片分别分为两行，并以品字形交错排列。短波探测器或中波探测器的探测芯片中均具有2组沿推扫方向前后排列的像元，每组像元按N行M列的矩阵形式排列；第一组第N行像元与第二组第1行像元的间距为像元宽度的整数倍。同时公开了一种过采样探测方法，包括根据设定的曝光频率对探测器芯片进行曝光实现对目标过采样的步骤、利用得到的曝光图像进行重组获得目标图像数据的步骤。采用本发明设备和过采样探测方法可以在对点源弱目标进行探测时，实现对所成图像的过采样的双波段探测，为获取更加精确获取点源弱目标提供了必要条件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双波段探测器及利用双波段探测器的过采样探测方法。

背景技术

随着红外探测技术的发展，单谱段探测已经不能满足特定应用要求，因此， 需要一种可以同时探测短波和中波的双谱段红外探测器。

对于对远距离的点源弱目标的探测，目标在焦面上形成的弥散斑，通常小 于一个探测器的像元面积。采用传统的单阵列、常规采样扫描成像方法，目标 在图像上是一个覆盖单个像元的亮斑。如果探测器焦面某些像元存在噪声，在 图像上也会形成单个像元的亮斑。因此单帧图像无法提取出目标。只有通过多 帧图像的关联分析，根据图像上亮斑的幅值变化及运动特性，才能提取疑似目 标。

现有的探测器采用短波或中波单一谱段探测，在使用过程中为了得到短波 和中波的图像，需要在光学系统中增加复杂的分光系统，不仅会产生光学遮栏， 而且增加了系统复杂度，降低了系统可靠性。现有的探测器采用常规采样模式， 即奇、偶通道中的像元没有重叠。当红外点目标横跨奇偶像元时，目标能量将 会分散在两个像元上，降低了单个像元上的信号强度，对目标能量的探测产生 不利影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种双波段探测器以及利用该双波段 探测器的过采样探测方法，采用本发明所述设备并结合所述过采样探测方法可 以在对点源弱目标进行探测时，实现对点源弱目标所成图像的过采样的双波段 探测，为获取更加精确获取点源弱目标提供了必要条件。

本发明的技术解决方案是：

一种双波段探测器，包括探测器基板，还包括：平行安装于探测器基板上 的短波探测器和中波探测器，所述短波探测器或中波探测器中的探测器芯片分 别分为两行，并以品字形交错排列；

所述短波探测器或中波探测器的探测芯片中均具有2组沿推扫方向前后排 列的像元，每组像元按N行M列的矩阵形式排列；在推扫方向上，第一组的第 N行像元与第二组的第1行像元间的间距为像元宽度的整数倍；其中，N为时 间延迟积分级数。

进一步的所述短波探测器或中波探测器的每个探测器芯片的两组像元中， 具有相同行号与列号的像元在垂直于推扫方向上错位半个像元排列。

一种采用所述双波段探测器的过采样探测方法，包括以下步骤：

步骤1：根据对目标的推扫速度v，确定探测器的曝光频率f＝kv/l，其中， l为同一组像元中相邻两行间的像元中心间距；k为探测器在时间上的过采样级 数；

步骤2：所述探测器中的短波探测器和中波探测器中的像元分别根据曝光 频率对目标进行曝光，获得每个像元的曝光图像；

步骤3：在短波探测器或中波探测器中，分别对两组像元获得的曝光图像 进行重组形成目标图像数据；其中，在推扫方向上排列靠后的一组像元输出目 标图像数据的奇像素；在推扫方向上排列靠前的一组像元输出目标图像数据的 偶像素。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明将两个波段的探测器拼接在一个基板上，从而解决了探测系统分光 问题，省去了复杂的分光系统，进而减少了探测系统的光学遮拦。同时，在每 个波段的探测器芯片上，两组像元中行号与列号相同的像元在错位半个像元排 列，使得奇偶像元在空间上有一定的重叠，不会出现点目标能量被分散探测的 情况，空间上重叠的奇偶两个像元会同时探测到点目标的全部能量，并且此种 排列可以实现在空间上的过采样，同时进一步结合按照推扫时间形成的时间上 的过采样，可以使得目标在图像长、宽两个方向拉伸，形成一个覆盖多个像元 的大块亮斑，这样可以与噪声形成的亮斑区分开。进一步的如前所述，在工作 于过采样模式下，可以使获得的亚像元尺度的目标经采样后发生拓展，在单帧 图像上实现目标由亚像元形态到具有可预测形状的多像元形态的转化，成为具 有特定的几何形状和能量分布特征的图像，在有效抑制噪声的基础上，有利于 目标的快速实时提取与识别。

附图说明

图1为本发明短波和中波焦平面布置示意图；

图2为本发明短波或中波探测芯片结构图；

图3为本发明探测芯片中像元阵列图。

具体实施方式

本发明所述的双波段探测器由中波碲镉汞TDI红外探测器组件和短波碲镉 汞TDI红外探测器组件共同拼接在一块基板上构成。两个谱段探测器组件分两 排，采用正贴片工艺完成组件拼接。

如图1所示，若干个短线列短波或中波探测器芯片拼接构成长线列探测器 组件，探测器芯片采用品字形交错排列，且相邻芯片的两端有一定数目的像元 重叠。结合实际应用中，像元在芯片上的具体位置，可以相邻芯片旋转180°， 以减小各芯片像元阵列之间的距离，降低拼接难度。

如图2，每片探测器芯片内集成了两个像元阵列和相应的读出电路，图像 生成时，两个像元阵列分别构成图像的奇像素和偶像素，称为奇阵列和偶阵列。 每个奇阵列或偶阵列包含N行M列个像元，行方向沿扫描方向，列方向沿垂直 扫描方向。N为TDI级数，芯片线列长度是M元。

单个像元是边长为d的正方形，奇阵列或偶阵列中相邻像元的边距为d1， 两者之间要求满足关系式：

奇阵列和偶阵列沿扫描方向前后排列，以图3所示扫描方向成像时，奇阵 列先扫描到图像，偶阵列后扫描到图像。奇阵列的第N行像元与偶阵列的第1 行像元的中心距是单个像元宽度的整数倍。奇阵列和偶阵列中，行号与列号相 同的像元，在列方向上错位半个像元，实现空间上的过采样。

在扫描成像过程中，根据扫描速度v、各级TDI像元中心距l以及时间过采 样次数k，确定曝光频率f。计算公式为：公式的意义是：图像从上一 级TDI像元，移动到下一级TDI像元的时间内，进行k次曝光，实现时间上的 过采样。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。