一种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路及补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路及补偿方法，所述补偿电路包括补偿校准控制模块、校准单元、校准开关阵列和读出控制模块，所述校准开关阵列包含M个与前述像元阵列和读出通道一一对应的选通开关，每个选通开关的固定端连接与该选通开关对应的读出通道，每个选通开关的两个选择端分别连接校准单元和与该选通开关对应的像元阵列，所述M个选通开关的控制端均与补偿校准控制模块相连，M列像元阵列中的所有像元的控制端均与读出控制模块相连。本发明采用电路级和系统级相结合的补偿方法，有效地降低了读出通道的非一致性带来的竖条纹非均匀性。
【专利说明】
一种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路及补偿方法
技术领域
[0001] 本发明属于红外探测技术领域，特别涉及了一种红外焦平面探测器读出电路的补 偿电路及补偿方法。
【背景技术】
[0002] 非制冷型红外焦平面阵列探测器以其体积小、重量轻、功耗低和高性价比等特点， 在军事、工业、医疗等多个领域得到广泛应用。但由于它脱离了制冷设备，使得探测器自身 工作温度的变化导致非均匀性的变化。红外焦平面的非均匀性产生大致可以分为两类:探 测元的非一致性和读出通道的非一致性。为了得到更加真实的图像，红外热像仪中对非均 匀性的补偿通常包括系统级的补偿和电路级的补偿。
[0003] 探测元的非均匀性是指由于工艺偏差问题，各探测元在不同工作温度下对同一目 标温度的不同热敏现象，非均匀的来源包括探测元材料的厚薄程度、临近像元的干扰和与 读出电路连接结构的非一致性等。
[0004] 读出通道的非一致性是指读出电路的每一列读出通道由于工艺偏差导致对同一 输入电信号产生不同的输出电信号现象，非均匀的来源包括参比电阻模块、运放模块、采样 保持模块和输出缓冲模块的非一致性等。由于读出电路的每一列信号共用一个读出通道， 因此该非均匀性在图像上呈现为竖条纹现象。
[0005] 系统级的补偿属于一种图像后处理方法，该校正过程在用以红外图像后处理的 FPGA中完成。现有的红外热像仪产品中普遍采用的是基于挡片的偏差校正技术，其基本原 理是当探测元环境发生变化时，用一非透光挡片为焦平面阵列所有探测元提供一个基本一 致的目标温度，以校正各探测元(包括其读出通道的影响)在当前工作温度情况下的非一致 性。
[0006] 电路级的补偿是一种非图像后处理的方法，属于非致冷红外焦平面探测器读出电 路的一部分。目前市面上采用电路级补偿的焦平面并不多见，主要原因是如果要对每一个 像元进行电路级的补偿，电路中则需要对每一个像元提供不同的偏压值，对应到相应的电 路就是每一个读出通道上需要增加一个DAC来提供不同的偏压值以及用于存储偏压值的存 储器，电路成本相当高;此外在出厂前需要分段模拟探测器的工作温度，以得到在不同工作 温度下各探测元所需要的偏压值，显然增加了出厂设置时间和难度，对测试人员的技术要 求也是非常高，不利于大批量生产。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本发明旨在提供一种红外焦平面探测器 读出电路的补偿电路及补偿方法，采用电路级和系统级相结合的补偿方法，有效地降低了 读出通道的非一致性带来的竖条纹非均匀性。
[0008] 为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0009] -种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，所述红外焦平面读出电路包括Μ列 像元阵列以及与之一一对应的Μ个读出通道，所述补偿电路包括补偿校准控制模块、校准单 元、校准开关阵列和读出控制模块，所述校准开关阵列包含Μ个与前述像元阵列和读出通道 一一对应的选通开关，每个选通开关的固定端连接与该选通开关对应的读出通道，每个选 通开关的两个选择端分别连接校准单元和与该选通开关对应的像元阵列，所述Μ个选通开 关的控制端均与补偿校准控制模块相连，Μ列像元阵列中的所有像元的控制端均与读出控 制模块相连。
[0010] 基于上述技术方案的优选方案，所述选通开关为单刀双掷开关。
[0011] 基于上述技术方案的优选方案，所述补偿校准控制模块、校准单元和读出控制模 块集成在一片FPGA芯片上。
[0012] 基于上述技术方案的优选方案，所述校准单元采用热敏电阻或盲像元。
[0013] 基于上述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路的补偿方法，包括以下步骤：
[0014] (1)在探测器初始启动阶段，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校准开 关阵列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而获取每个读出通道的初始校准源数据； [0015] (2)在探测器正常工作过程中，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校准 开关阵列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而更新每个读出通道的实时校准源数 据；
[0016] (3)将Μ个读出通道的实时校准源数据求平均，并计算初始校准源数据与实时校准 源数据平均值的差值，该差值即为校准数据；
[0017] ⑷读出控制模块输出像元控制时序，从而进行Μ列像元阵列的行选和列选，从Μ个 读出通道实时获取像元读出数据；
[0018] (5)将像元读出数据减去步骤(3)得到的校准数据，即得到补偿后的像元数据。 [0019]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0020] 本发明采用电路级和系统级相结合的补偿方法，有效地降低了读出通道的非一致 性带来的竖条纹非均匀性。由于各读出通道获取校正源数据采用分时复用的方法，各通道 共用一个校准单元，实现了在增加较低成本的状态下完成了校准工作，满足批量生产要求。 探测器在工作过程中可以实时更新校准源数据，使校准数据能够随探测器的工作温度发生 变化，实现了红外热像仪系统的实时非均匀校正。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明补偿电路的框图。
[0022] 图2是本发明补偿方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0024]本实施例以像元阵列大小为384*288的红外热成像系统为例，Μ=384表示像元阵 列的列数，即红外焦平面探测器读出电路共有384个读出通道，每一列上的288个像元数据 共用一个通道进行读出。由于制造工艺偏差的原因，该384个读出通道在性能上必然存在偏 差，称为读出通道的非一致性，记为A ={4^42……Δ"}，它们是导致红外热像仪图像产 生竖条纹的根本原因。
[0025] 对于第一列的读出通道，将第一列像元数据记为XI = {X11、X12……χ1288}，其读出数 据记为:Y1 = {yii、yi2......yms}，则有Υ1=Χ1+Δ l，其它通道同理。得到探测器像元输出方程 Υ = Χ+Δ 0
[0026] 如图1所示，一种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，所述红外焦平面读出电 路包括Μ列像元阵列以及与之一一对应的Μ个读出通道，所述补偿电路包括补偿校准控制模 块、校准单元、校准开关阵列和读出控制模块，所述校准开关阵列包含Μ个与前述像元阵列 和读出通道--对应的选通开关1(1、1(2 - 1(1，每个选通开关的固定端连接与该选通开关对 应的读出通道，每个选通开关的两个选择端分别连接校准单元和与该选通开关对应的像元 阵列，所述Μ个选通开关的控制端均与补偿校准控制模块相连，Μ列像元阵列中的所有像元 的控制端均与读出控制模块相连。
[0027] 在本实施例中，所述选通开关为单刀双掷开关。所述补偿校准控制模块、校准单元 和读出控制模块集成在一片FPGA芯片上。所述校准单元采用热敏电阻或盲像元。
[0028] 如图2所示，基于上述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路的补偿方法，包括以 下步骤：
[0029] S1:在探测器启动阶段，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校准开关阵 列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而获取每个读出通道的初始校准源数据α = {αι、α2......αΜ}；
[0030] S2:在探测器路正常工作过程中，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校 准开关阵列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而更新每个读出通道的实时校准源数 据a，，k=l，2，."M;
[0031] S3:将Μ个读出通道的实时校准源数据求平均
并计算初始校准源数据与 实时校准源数据平均值的差值=0+Δ-α,该差值卵卩为校准数据；
[0032] S4:读出控制模块输出像元控制时序，从而进行Μ列像元阵列的行选和列选，从Μ个 读出通道实时获取像元读出数据Υ;
[0033] S5:将像元读出数据Υ减去步骤(3)得到的校准数据β，即得到补偿后的像元数据Ζ = Υ_β〇
[0034] Ζ=Υ-/3=Χ十Δ-Ο+Δ-α ，由此可见，补偿后的像元数据Ζ与通道的非一致 性△无关，证明了该方法有效消除读出通道偏差引起的非均匀性，消除了红外图像的竖条 纹现象。
[0035]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
【主权项】
1. 一种红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，所述红外焦平面读出电路包括Μ列像 元阵列以及与之一一对应的Μ个读出通道，其特征在于:所述补偿电路包括补偿校准控制模 块、校准单元、校准开关阵列和读出控制模块，所述校准开关阵列包含Μ个与前述像元阵列 和读出通道一一对应的选通开关，每个选通开关的固定端连接与该选通开关对应的读出通 道，每个选通开关的两个选择端分别连接校准单元和与该选通开关对应的像元阵列，所述Μ 个选通开关的控制端均与补偿校准控制模块相连，Μ列像元阵列中的所有像元的控制端均 与读出控制模块相连。2. 根据权利要求1所述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，其特征在于:所述选通 开关为单刀双掷开关。3. 根据权利要求1所述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，其特征在于:所述补偿 校准控制模块、校准单元和读出控制模块集成在一片FPGA芯片上。4. 根据权利要求1所述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路，其特征在于:所述校准 单元采用热敏电阻或盲像元。5. 基于权利要求1所述红外焦平面探测器读出电路的补偿电路的补偿方法，其特征在 于，包括以下步骤： (1) 在探测器初始启动阶段，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校准开关阵 列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而获取每个读出通道的初始校准源数据； (2) 在探测器正常工作过程中，补偿校准控制模块输出开关控制时序，轮流将校准开关 阵列中的每个选通开关与校准单元相连接，从而更新每个读出通道的实时校准源数据； (3) 将Μ个读出通道的实时校准源数据求平均，并计算初始校准源数据与实时校准源数 据平均值的差值，该差值即为校准数据； (4) 读出控制模块输出像元控制时序，从而进行Μ列像元阵列的行选和列选，从Μ个读出 通道实时获取像元读出数据； (5) 将像元读出数据减去步骤(3)得到的校准数据，即得到补偿后的像元数据。
【文档编号】G01J5/00GK106092326SQ201610536657
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】韦良忠, 梅平, 刘燕, 陈黎明
【申请人】无锡艾立德智能科技有限公司