带预校正非均匀性的红外探测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带预校正非均匀性的红外探测装置，包括红外探测器、FPGA、A/D和D/A；FPGA分别与红外探测器、A/D和D/A连接，A/D分别与红外探测器和D/A连接，首先FPGA驱动红外探测器正常工作，红外探测器观测目标输出图像模拟信号传输至A/D采样量化，同时FPGA驱动D/A，产生近似红外探测器模拟输出信号的波形电压，再输出给A/D作为采样的基准电压，图像模拟信号经A/D转换为数字信号，并传输至FPGA，经图像处理后，输出显示。本实用新型的优点在于，在硬件上校正了图像行和行之间的非均匀性，改善了红外探测器的响应范围。
【专利说明】带预校正非均匀性的红外探测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于红外热成像技术，特别是一种带预校正非均匀性的红外探测装 置。
【背景技术】
[0002] 目前非制冷型红外探测器的成像显示是通过用模数转换芯片A/D对红外探测器 输出的图像模拟信号采样量化，得到图像数字信号，再经后续图像算法处理输出显示。其中 A/D采样的基准电压V KEF -般由A/D芯片内部基准电压提供或者由外部的电源芯片产生， 则VKEF是一个定值。假设Vd是A/D的采样电压范围，V d由A/D芯片决定，也是一个定值，则 A/D采样的模拟输入电压范围：（VKEF-V d/2)?（VKEF+Vd/2)。然而，红外探测器是有非均匀性 的，行与行的模拟信号输出之间也是有非均匀性的，经实验观察，如图1和图3所示，行与行 之间的非均匀性的极差为1. 58V，比列与列之间的非均匀性的极差0. 42V更严重，这就导致 了红外探测器输出的图像模拟信号的最大值和最小值之差过大，甚至可能超过A/D的采样 电压范围V d，即图像的一部分已经饱和，同时另一部分截止了。目前，现有的解决方法是对 红外探测器输出的图像模拟信号进行分压，之后再输出给A/D采样。该方法中最简单的是 利用电阻分压的形式降低红外探测器输出的图像模拟信号的最大值和最小值之差，从而满 足A/D的采样电压范围V d。虽然这种方法满足了 A/D的采样电压范围要求，但有其明显的 缺点：1，降低了原始图像质量，对图像模拟信号的分压即是对图像对比度的降低，不利于后 续数字图像算法的处理。2,未改善图像模拟信号的非均匀性，图像模拟信号极差仍然存在， 严重影响了探测器的响应范围，制约了非制冷型红外探测器的工作环境温度范围。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种带预校正非均匀性的红外探测装置及其预校正 方法，改善了红外探测器的响应范围。
[0004] 实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种带预校正非均匀性的红外探测装 置，包括红外探测器、现场可编程逻辑门阵列（FPGA)、模数转换芯片（A/D)和串行数模转换 芯片（D/A)。FPGA分别与红外探测器、A/D和D/A连接，A/D与红外探测器和D/A连接，FPGA 产生驱动信号驱动红外探测器、A/D以及D/A工作，并且FPGA接收A/D采样量化后的图像 数字信号进行图像处理。首先FPGA驱动红外探测器正常工作，红外探测器观测目标输出图 像模拟信号传输至A/D采样量化。同时FPGA驱动D/A，产生类似红外探测器模拟输出信号 的波形电压，再输出给A/D作为采样的基准电压。图像模拟信号经A/D转换为数字信号，并 传输至FPGA，经图像处理后，输出显示。上述D/A为串行数模转换芯片。
[0005] 本实用新型与现有技术相比，其显著优点：（1)在保证原始图像质量的情况下改 善了红外探测器的响应范围；（2)根据探测器模拟输出信号行和行之间的响应的不一致， 改变A/D的基准电压，在硬件上校正了图像行和行之间的非均匀性，改善了红外图像的质 量；（3)由于A/D的基准电压在一帧的时间里是随探测器模拟输出信号变化的，所以A/D的 采样电压范围变宽，从而使红外探测器的模拟输出信号的响应范围变大，拓宽了红外整机 系统的工作环境温度范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1为示波器采集的非制冷型红外探测器UL03041的模拟输出信号波形图。
[0007] 图2为本实用新型的结构示意图。
[0008] 图3为红外探测器UL03041模拟输出信号一巾贞中一行的波形图。
[0009] 图4为A/D的基准电压不变时的采样电压范围示意图。
[0010] 图5为本实用新型中采用的A/D的采样电压范围示意图。
【具体实施方式】
[0011] 结合图1、图2和图3, 一种带预校正非均匀性的红外探测装置及其预校正方法，通 过在硬件上用和红外探测器模拟输出信号类似的波形作为A/D的基准电压，来校正红外探 测器行与行之间的非均匀性，改善探测器的响应范围。
[0012] 一种带预校正非均匀性的红外探测装置，包括红外探测器、现场可编程逻辑门阵 列（FPGA)、模数转换芯片（A/D)和串行数模转换芯片（D/A)。FPGA分别与红外探测器、A/D 和D/A连接，A/D与红外探测器和D/A连接，FPGA产生驱动信号驱动红外探测器、A/D以及 D/A工作，并且FPGA接收A/D采样量化后的图像数字信号进行图像处理。首先FPGA驱动 红外探测器正常工作，红外探测器观测目标输出图像模拟信号传输至A/D采样量化。同时 FPGA驱动D/A，产生类似红外探测器模拟输出信号的波形电压，再输出给A/D作为采样的基 准电压。图像模拟信号经A/D转换为数字信号，并传输至FPGA，经图像处理后，输出显示。 上述D/A为串行数模转换芯片。
[0013] 一种带预校正非均匀性的红外探测装置的预校正方法，包括红外探测器、FPGA和 A/D，FPGA分别与红外探测器和A/D连接，A/D与红外探测器连接，还包括D/A，分别再与 FPGA和A/D连接，利用FPGA控制D/A产生近似红外探测器模拟输出信号的波形电压，再输 出给A/D作为采样的基准电压，最后A/D对红外探测器模拟输出信号采样量化，校正了红外 探测器行与行之间的非均匀性，得到较均匀的图像信号，从而增加了 A/D的采样范围，改善 了红外探测器响应范围。上述D/A为串行数模转换芯片。
[0014] 红外探测器是有非均匀性的。以非制冷型红外探测器UL03041为例，行与行的模 拟信号输出之间也是有非均匀性的，而且比列与列之间的非均匀性更严重。图1反映了非 制冷型红外探测器UL03041在观测温度均匀的物体时，用示波器采集的模拟输出信号，反 映了行与行之间的非均匀性，其极差为1. 58V。图3反映了一行中像元响应的非均匀性，其 电压最大值与最小值之差为420mV，中间两个较短的水平信号是行和行之间的无效数据。
[0015] 实施例1
[0016] 实验步骤如下：
[0017] 步骤1)让红外探测器（型号为UL03041)完全面对一个温度均匀物体，利用示波 器对正常工作的红外探测器模拟输出信号采集信号波形，记录一帧中每行电压值的近似平 均值；
[0018] 步骤2)根据红外探测器模拟输出信号VIDEO的波形电压值，利用FPGA控制串行 D/A(型号为AD5324)产生与红外探测器模拟输出信号类似的电压波形；
[0019] 步骤3)通过运算放大器对AD5324产生的电压波形进行电压跟随，滤波之后再输 出给A/D(型号为LTC2248)作为采样的基准电压；
[0020] 步骤4)最后LTC2248对红外探测器模拟输出信号VIDEO进行采样量化，得到较均 匀的图像数字信号。
[0021] 上述步骤2中，根据AD5324芯片的工作原理，其输出电压公式是：
[0022]
【权利要求】
1. 一种带预校正非均匀性的红外探测装置，其特征在于：包括红外探测器、FPGA、A/D 和D/A ;FPGA分别与红外探测器、A/D和D/A连接，A/D分别与红外探测器和D/A连接，FPGA 产生驱动信号驱动红外探测器、A/D以及D/A工作；首先FPGA驱动红外探测器正常工作，红 外探测器观测目标输出图像模拟信号传输至A/D采样量化，同时FPGA驱动D/A，产生近似红 外探测器模拟输出信号的波形电压，再输出给A/D作为采样的基准电压，图像模拟信号经 A/D转换为数字信号，并传输至FPGA，经图像处理后，输出显示。
2. 根据权利要求1所述的带预校正非均匀性的红外探测装置，其特征在于：上述D/A 为串行数模转换芯片。
【文档编号】H04N5/232GK204145627SQ201420553571
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】隋修宝, 刘源, 沈雪薇, 潘科辰, 陈钱, 顾国华, 孙镱诚, 曾俊杰, 陶远荣, 匡小冬 申请人:南京理工大学