IRFPA成像系统动态范围的自适应积分时间调节装置及方法与流程

本发明属于信号处理，特别涉及一种irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调节装置及方法。

背景技术：

1、irfpa成像系统的动态范围表征了红外系统可探测红外辐射大小的范围，反映了系统的工作性能。宽动态范围的系统可以获得更多有关目标的信息，有利于对目标的分析和识别，特别是对于那些用来探测红外辐射特性变化较大目标的红外成像系统，拥有较宽的动态范围显得尤为重要。当irfpa成像系统的动态范围过小时，随着温度及场景变化，对于超出其动态范围的目标信息，系统无法测得其变化，导致丧失目标的部分图像细节，使得部分或者全部测量数据无效。因此，提高irfpa成像系统的动态范围，增强观测目标的细节信息成为红外探测与识别的一道难题。

2、根据irfpa成像系统动态范围的定义：最大可探测输入信号与最小可探测信号的比值，也有定义为成像系统irfpa探测器饱和功率和最小可探测功率的比值，可以看出要提高系统的动态范围，要么提高系统可探测的最大输入值，要么减小系统中的噪声或对弱信号的敏感程度使最小可探测信号变得更小。而在实现应用中，结合对irfpa成像系统组成及原理的分析，可以从两个方面来提高系统的动态范围：提高系统本身性能和改变系统工作方式。

3、提高irfpa成像系统本身的探测器性能是最直接，最有效的办法，但是，由于目前制造和加工工艺等因素的影响，想任意的提高器件的性能是不可能。改变系统工作方式则是在以确定核心器件的系统上，通过一些较为特殊的工作方式来实现对系统动态范围的改变，总结为两种方法：限制光强和选择不同积分时间。限制光强法需要对成像系统添加滤光片，用以减弱光强，从而改善系统的动态范围；积分时间，是指irfpa探测器的像元积累辐射信号产生电荷的时间，探测器的很多性能都与之有关，并且是由软件进行调节和控制，不需要额外添加其他硬件设备。两者相比，改变积分时间的工作方式更为灵活、便捷，因此本项目研究方案中，采用自适应积分时间调节的方法进行irfpa动态范围的延伸。

4、随着irfpa探测器的充分发展，其动态范围自适应调整已成为可能。目前，对于军用制冷型红外探测器的irfpa成像系统的自适应积分时间调节方法的研究较少，因此该项技术及其成果具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足之一，提供了一种irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调节装置及方法，能够解决irfpa成像系统中因动态范围小导致的目标变化信息缺失的问题，实现红外图像在免标定的情况下快速调整红外成像系统的动态范围。

2、根据本公开的一方面，提出了一种irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调节方法，所述方法包括：

3、利用所述irfpa成像系统对场景图像进行采集，得到场景图像信息；

4、比较所述场景图像信息的ad采样平均值和ad采样平均值的预设范围，得到ad采样平均值的比较结果；

5、根据所述ad采样平均值的比较结果调整irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间；

6、对所述自适应积分时间的非均匀性进行校正，实现所述irfpa成像系统动态范围。

7、在一种可能的实现方式中，所述根据所述ad采样平均值的比较结果调整irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间，包括：

8、如果所述场景图像信息的ad采样平均值超出ad采样平均值的预设范围，将所述irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间按照超出方向调整一个δt值；

9、重复该过程，直至所述ad采样平均值处于所述ad采样平均值的预设范围内，所述irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间保持不变。

10、在一种可能的实现方式中，所述根据所述ad采样平均值的比较结果调整irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间后，还包括：

11、在irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调整期间，如果所述自适应积分时间超出所述自适应积分时间的边界值时，对所述自适应积分时间进行边界值处理。

12、在一种可能的实现方式中，所述自适应积分时间的非均匀性进行校正，包括：

13、采用线性校正中的两点校正法对所述自适应积分时间进行非均匀性校正，所述两点校正法为：y＝aijx+bij，

14、其中，y为探测元输出响应灰度值，aij和bij分别表示第(i,j)探测元的增益和偏移系数，x表示该探测元的输入辐射能。

15、在一种可能的实现方式中，所述采用线性校正中的两点校正法对所述自适应积分时间进行非均匀性校正，包括：

16、将所述irfpa成像系统的irfpa探测器的响应划分为三个温度区间段，所述每个温度区间段对应一个两点校正公式；

17、利用黑体对所述三个温度区间段的边界标定三组ad采样值，根据标定的三组ad采样值分别计算所述三个温度区间段的校正参数，所述校正参数包括校正正益和校正偏移量；

18、根据不同的环境温度，选择所述校正参数对每个像元的原始输出图像数据进行自适应积分时间的非均匀性校正。

19、在一种可能的实现方式中，所述irfpa成像系统包括光学系统、irfpa探测器、读出电路、差分放大电路；

20、其中，所述光学系统用于采集场景图像，所述irfpa探测器用于将场景图像的光信号转化为电核信号，所述读出电路的输出电压为vs：

21、

22、其中，vs1和vs2是积分时间开始和结束时irfpa探测器的输出，ar是读出电路放大倍数，adif是差分放大电路的放大倍数，tint为积分时间，cfb是指积分电容，iout是像元输出电流。

23、在一种可能的实现方式中，所述irfpa探测器为leo制冷型小型化红外中波探测器，分辨率为640×512。

24、在一种可能的实现方式中，所述ad采样平均值的预设范围为6800-7200。

25、根据本公开的另一方面，提出了一种irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调节装置，所述装置包括：

26、采集模块，用于irfpa成像系统对场景图像进行采集得到场景图像信息；

27、比较模块，用于比较所述场景图像信息的ad采样平均值和ad采样平均值的预设范围，得到ad采样平均值的比较结果；

28、调整模块，用于根据ad采样平均值的比较结果调整irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间；

29、校正模块，用于对所述自适应积分时间的非均匀性进行校正，实现所述irfpa成像系统动态范围。

30、本公开的irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间调节方法，通过所述irfpa成像系统对场景图像进行采集，得到场景图像信息；比较所述场景图像信息的ad采样平均值和ad采样平均值的预设范围，得到ad采样平均值的比较结果；根据所述ad采样平均值的比较结果调整irfpa成像系统动态范围的自适应积分时间；对所述自适应积分时间的非均匀性进行校正，实现所述irfpa成像系统动态范围。能够解决irfpa成像系统中因动态范围小导致的目标变化信息缺失的问题，利用探测器自适应变积分时间的方法，在不同温度场景下根据当前场景的图像灰度值一步步计算出合适的积分时间并调整，并实现红外图像在免标定的情况下快速调整红外成像系统的动态范围。