专利名称：微测辐射热计自适应动态范围设计方法
技术领域：
本发明属于非制冷微测辐射热计自适应动态范围调整技术，特别是一种微测辐射 热计自适应动态范围设计方法。
背景技术：
对于一台红外热像仪整机系统而言，视频输出的制式和数模转换精度在设计初期 就已经决定了，假设一台红外热像仪的视频输出使用的是 ο-bit的视频DA芯片，那么它最 大可以处理的数字信号值为4096个LSB，超过该容限的值都会因为溢出而只能达到4096个 LSB的大小，这种系统级的缺陷也在一定程度上限制了红外探测器焦平面的接收能力，当外 界辐射的照度过大时，系统已经无法再进行分辨了，这样就给使用者的观测带来了很大的 不便，同时，由于一般探测器的输出需要经过两点定标，一旦外界照度超过了该定标范围， 以现有的系统就无法正常成像，目前也有很多实时校正算法通过不停的修改定标值来调整 成像区间，但是这样做的结果一是因为大量的计算使得系统很难满足实时性的要求，二是 因为占用了大量的系统资源而导致整机系统功耗过大，不适合长时间野外环境工作，因此， 需要在深入了解微测辐射热计光电转换及读出过程的基础上需求更好的解决办法。微测辐射热计是一种非制方式的探测器，开启之后不通过外接的制冷装置对焦平 面进行降温及控温处理，而是通过热电稳定器对探测器的工作温度进行实时的控制。微测 辐射热计的工作原理与大多数的红外探测器一致，在焦平面象元接收到来自外界的红外辐 射后，由焦平面的光电转换效应将光流信号转变为电流信号，继而由连接焦平面(FPA)及 输出管脚之间的读出电路(ROIC)将电流信号转化为电压信号并完成输出过程。该过程可 以由下式1，2表示
权利要求
1.一种微测辐射热计自适应动态范围设计方法，其特征在于微测辐射热计包括图像处 理板、前端驱动电路和探测器，前端驱动电路由偏置电压产生模块、模数转换芯片、与探测 器和图像处理板分别连接的接口组成，偏置电压产生模块为探测器提供正常工作所需的模 拟信号，数字信号通过接口传输到探测器上，模数转换芯片接收来自探测器的模拟视频信 号并进行增益放大及带宽限制，并将处理过的信号进行模数转换，使其变为数字信号送至 图像处理板上，图像处理板上的中央处理单元接收来自前端驱动电路的数字视频信号，并 对所有的图像进行统计均值计算、阈值判断，从而实现对探测器动态范围进行调整，并最终 通过标准视频芯片转换成PAL制的视频信号输出。
2.根据权利要求1所述的微测辐射热计自适应动态范围设计方法，其特征在于在中央 处理单元中，首先，进行目标及背景的温度对应值统计，由中央处理单元接收每一帧的数字信号，并 对当前帧的各个像素值进行统计，将每个像素点的响应值取和运算，然后将加和的总值求 平均；其次，进行阈值判断，在中央处理单元中对模数转换芯片的中间值设置成“温度阈值”， 在微测辐射热计正常工作时，对每一帧图像数据都进行统计平均操作，并将平均值与设置 好的“温度阈值”进行一次取差比较，将差值进行判断，判断结果分别为温度过高、温度过低 及温度合适，当一次取差结果未超过温度阈值的范围时，则认为当前被观测的场景中的目 标温度基本合适，不会引起过量的数据饱和现象，则此时不用对探测器的VFID和VEB电压 进行自适应调整；相反，当一次取差结果超过度阈值的上下限20%时开始进行二次比较， 确定当前的环境照度是否确实超过度阈值的上下限20%时，如果是，则温度过高或温度过 低，需要对探测器动态范围进行调整。
3.根据权利要求2所述的微测辐射热计自适应动态范围设计方法，其特征在于一次取 差比较以单帧的温度统计值为进行是否进行二次判断的基础，其只要有一帧数据的统计平 均值超过了温度阈值就认为当前的被观测场景温度可能过大或过小；二次比较是将连续多 帧图像数据全部加和然后进行平均操作，用此时得到的平均值再与温度阈值进行比较，判 断当前的连续若干帧的数据都超过阈值上下的20%时，则认为当前的环境照度确实过强或 者过弱。
4.根据权利要求2所述的微测辐射热计自适应动态范围设计方法，其特征在于对探测 器的动态范围进行调整，调整步骤如下(1)中央处理单元针对当前二次比较统计出来的平均值超过温度阈值的多少来决定对 VFID和VEB电压需要调整到何种确定值；(2)中央处理单元通过接口向配置该两个电压的偏置电压产生模块重新发送相应的地 址及数据，偏置电压产生模块接收到数据后由内部寄存器重新配置输出的VFID及VEB电压 值；(3)探测器读出电路接收到新的配置电压值后会自动的增大或减小输出信号的直流电 平水平，同时拉伸或压缩输出信号的动态范围；(4)当探测器重新输出视频信号后，中央处理单元继续对当前图像数据流进行监测，当 被观测的目标因为变换场景或者温度升高而重新符合的判断条件后，则重新开始进行阈值 判断和电压调整。
全文摘要
本发明公开了一种微测辐射热计自适应动态范围设计方法，偏置电压产生模块为探测器提供正常工作所需的模拟信号，数字信号通过接口传输到探测器上，模数转换芯片接收来自探测器的模拟视频信号并进行增益放大及带宽限制，并将处理过的信号进行模数转换，使其变为数字信号送至图像处理板上，图像处理板上的中央处理单元接收来自前端驱动电路的数字视频信号，并对所有的图像进行统计均值计算、阈值判断，从而实现对探测器动态范围进行调整，并最终通过标准视频芯片转换成PAL制的视频信号输出。本发明不仅能节省下大量的中央处理单元的资源，并且调整方法简单易行，原理清晰。
文档编号G01J5/10GK102109381SQ201010565040
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者何伟基, 刘宁, 夏玫, 季尔优, 左超, 张闻文, 曹静娴, 毛义伟, 王士绅, 路东明, 钱惟贤, 陈钱, 隋修宝, 顾国华, 龚曼曼 申请人:南京理工大学