阀。若此时在液晶两 端的透明电极加上电场，如果选用P型液晶，在电场作用下液晶分子长轴方向将沿电场方 向，经起偏器后的线偏振光偏振方向将基本不受液晶的影响；如果使用η型液晶，在电场作 用下液晶长轴分子方向将垂直电场方向，经起偏器后的线偏振光经过液晶的双折射成为椭 圆偏振光，则仍有部分可以通过检偏器。此时出射光的强弱可以通过调整电场的强弱来控 制。本发明中选用的是η型液晶来制作液晶光阀。
[0024] 液晶光阀的结构如图4和图5所示，图4、图5分别为液晶光阀关态、开态工作示意 图。图中起偏器与检偏器的透光轴方向相同。加在液晶上的电场通常为交流电场，该交流 电场是由施加在液晶电极上的交流电压产生的，交流电压的有效值决定液晶光阀的最终状 态。在未加电时，常暗型液晶光阀的起偏器与检偏器的透光轴方向相同，到达检偏器的偏振 光与检偏器的透光轴成90°夹角，此时线偏振光无法从检偏器射出，因此关态为暗态。当在 两端透明电极上加电时，在外加电场的作用下液晶分子的取向将发生改变从而使得液晶光 阀的透光率发生变化，当外加电场增强时液晶光阀的透光率也随之增大，直到外加电场的 强度大于液晶光阀的阈值电压时，液晶光阀的透光率将保持最大透光率不变。
[0025] 电路中的红外焦平面探测器将光信号转换成模拟电压输出，经A/D转换电路后将 模拟电压信号转换为信号处理电路能够处理的数字信号。信号处理电路采用数字PID控制 系统来计算出对液晶光阀的控制量。
[0026] 假设红外焦平面探测器输出的电压信号为U，经A/D转换电路后输出的数字信号 为Vd，系统设定的阈值为L判断V d是否大于L若Vd大于L则信号处理电路需要计算Vd 与Vf3之差e，即
[0027] e = Vd-Ve
[0028] 若Vd小于Ve，则e为0 ;
[0029] PID控制系统的控制公式为：
[0031] 其中U1是第i个像素的控制量（i为整数），U1 i是第i-Ι个像素的控制量，T为像 素采样周期，T1是积分系数，Td是微分系数，Kp是比例系数，u。是初始控制量， ei表示计算 的第i个像素的L与Vd之差，ei i是第i-Ι个像素的Ve与Vd之差，ei 2是第i-2个像素的 Ve与Vd之差。比例放大系数KP、积分系数T1和微分系数T d与信号处理电路的响应速度以 及激励信号的变化频率等因素有关，应该视具体情况而定。
【主权项】
1. 一种基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪，其特征在于：包括光学镜头、液 晶光阀、红外焦平面探测器、驱动电路、A/D转换电路、信号处理电路、图像输出电路、D/A转 换电路、电源电路和压控震荡器；电源电路分别与驱动电路、A/D转换电路、信号处理电路、 图像输出电路、D/A转换电路和压控震荡器连接，并向上述部件供电；信号处理电路分别与 驱动电路、A/D转换电路、图像输出电路和D/A转换电路连接，D/A转换电路与压控震荡器连 接，液晶光阀固定在红外焦平面探测器的靶面上，光学镜头设置在液晶光阀前端，驱动电路 和A/D转换电路分别与红外焦平面探测器连接，位于光学镜头前方的目标景物发出的红外 辐射经大气传输后到达光学镜头，光学镜头把红外辐射会聚到液晶光阀上，液晶光阀判断 光照强度实现对红外辐射的关断，红外辐射通过液晶光阀会聚到红外探测器上，红外焦平 面探测器对红外辐射产生响应，将其转化成能够被红外电子学组件识别的电信号；驱动电 路为红外焦平面探测器提供数字信号和模拟电压的驱动信号；A/D转换电路将模拟视频信 号进行数模转换，以送入信号处理电路进行信号处理；信号处理电路对数字图像进行处理 并产生各电路所需的控制信号；图像输出电路将处理后的图像信号输出显示；D/A转换电 路将数字的控制信号转换成模拟信号控制压控震荡器；压控振荡器，用于产生交变电压控 制液晶光阀透光率。2. 根据权利要求1所述的基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪，其特征在于： 上述液晶光阀的起偏器和检偏器的透光轴方向相同，且到达检偏器的偏振光与检偏器的透 光轴成90°夹角；液晶光阀采用扭曲向列型，S卩TN型，液晶分子的扭曲角为90°，液晶分子 为η型液晶分子。3. 根据权利要求1所述的基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪，其特征在于： 上述信号处理电路包括依次连接的探测器驱动模块、PID控制模块、盲元补偿模块、非均匀 性校正模块、图像去噪模块、直方图均衡模块、DDE模块、伪彩色增强模块和显示模块；探测 器驱动模块分别与驱动电路和A/D转换电路连接，显示模块与图形输出电路连接，PID控 制模块与D/A转换电路连接，其中探测器驱动模块为驱动电路提供驱动时序信号，并将数 字图像信号转换为标准格式输出到PID控制模块；PID控制模块根据每个像素的灰度值确 定控制量，并将控制量输出给D/A转换电路，并将标准格式图像数据传输到盲元补偿模块； 盲元补偿模块检测查找出探测器上响应不正常的像元点，并利用附近的像元点进行替换， 将替换后的图像数据输入非均匀性校正模块；非均匀性校正模块采用传统的两点式校正方 法，在红外热成像系统的传输线路中插入一温度可控的均匀辐射的黑体，利用各探测单元 对两个不同辐照度下均匀黑体辐射的响应计算出校正参数，从而实现非均匀性校正，并将 处理后的图像数据输入图像去噪模块；图像去噪模块采用中值滤波算法降低红外图像中引 入的各种噪声，平滑图像，同时有效保护图像的边缘细节能量，并将处理后的图像数据输入 直方图均衡模块；直方图均衡模块用于改变图像中灰度概率分布，使其均匀化，并将其处理 后的图像数据输入DDE模块；DDE模块使图像细节部分即高频能量得到增强，并且与原始图 像背景的总动态范围相适应，并将处理后的图像数据输入伪彩色增强模块；伪彩色增强模 块利用像素点的原始灰度值的强度值查找其在彩色显示时对应的RGB三个通道的颜色分 量强度值，生成该点所对应的三基色伪彩色后，输入显示模块；显示模块将标准格式的图像 数据根据需要产生符合VGA格式或PAL制格式的时序，并将时序连同图像数据一起输出给 图像输出电路。
【专利摘要】本发明公开了一种基于液晶光阀的防致盲非制冷红外热成像仪，包括光学镜头、液晶光阀、红外焦平面探测器、驱动电路、A/D转换电路、信号处理电路、图像输出电路、D/A转换电路、电源电路和压控震荡器。通过液晶光阀实现对红外辐射的关断，红外焦平面探测器对红外辐射产生相应的模拟信号，A/D转换电路将模拟信号转为数字信号，经信号处理电路进行图像处理最终输出显示。信号处理电路计算出每个像素的控制量，控制量送入D/A转换电路后产生电压信号控制压控震荡器的振幅，从而调节液晶光阀的透过率。该非制冷红外热成像仪可以根据入射光强自动调节液晶光阀的透过率，有效地避免了致盲现象的产生。
【IPC分类】G01J5/10
【公开号】CN105318972
【申请号】CN201410286849
【发明人】隋修宝, 钱佳, 颜奇欢, 钱毅涛, 陈钱, 顾国华, 钱惟贤, 何伟基, 于雪莲, 曾俊杰
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年6月24日