[发明专利]一种红外热像仪高动态范围自适应调节方法

说明书

一种红外热像仪高动态范围自适应调节方法，包括以下步骤：S1：参数采集；利用高精度面源黑体作为标准参考源，使用制冷型凝视红外热像仪进行正常成像并输出数字视频；高精度面源黑体温度可调节，制冷型凝视红外热像仪积分时间可在多档设定值间切换；S2：数据处理；首先，建立制冷型凝视红外热像仪不同积分时间下，其次，设计积分时间切换逻辑和阈值；S3：多段两点标定；使用面源黑体，在不同的积分时间档位下，离线利用通用的两点定标算法计算得到校正增益值和偏移值；S4：实时优化；将S2中的积分时间切换逻辑和阈值算法，以可编程的FPGA硬件开发方式，形成程序并固化入成像电路。

技术领域

该技术属于自适应调节领域，具体涉及一种红外热像仪高动态范围自适应调节方法。

背景技术

红外成像技术是将目标视场内各物体表面因温度或发射率不同而产生的红外辐射差异转化为可见图像的技术。在军事领域，红外成像广泛应用于对军事目标的搜索、观瞄、侦察、识别与跟踪；对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统、进行光电对抗等。

红外成像探测涉及的能量转换过程为：光学能量经光学系统汇聚后，进入焦平面阵列进行光电转换形成模拟电信号，经过滤波、运放等电子学处理后进入AD转换电路转换为数字图像信号，作为数字图像处理系统的输入，进行后续图像预处理操作。

红外热像仪的动态范围，指其正常成像状态下，从最小响应阈值到饱和状态响应的范围。在整个能量转换过程中，动态范围受限于光电转换形成模拟电信号的大小，也即焦平面阵列储存电荷的容量。焦平面在进行光电转换时，累积电荷容量与两个因素有关，一是外界辐射强度，二是积分时间。由于外界辐射强度是客观存在，因此在给定信号处理电路的情况下，红外热像仪动态范围很大程度上取决于其当前积分时间。

在实际使用中，存在的问题是，在外界辐射较低(如热像仪在冬季或寒冷地区使用)时，热像仪响应较低，造成信号强度弱，信噪比低，难以识别目标。反之在外界辐射较高时，热像仪响应容易饱和，无法正常成像。这些问题都源自热像仪动态范围与使用场景不匹配。

由于工艺水平和其它因素的限制，在制冷凝视型红外热成像过程中广泛存在图像非均匀性。目前采用基于定标或基于场景的方式进行非均匀性校正，其中两点标定方式由于技术成熟，是得到最广泛工程应用的定标方式。

由于不同积分时间下，热像仪响应曲线不同，因此同一热像仪在不同积分时间下使用时，需要重新进行两点定标。

红外热像仪中，经过AD转换形成数字信号后，对其进行数字信号处理，可使用多种处理器，如DSP、FPGA、单片机等。其中，FPGA由于其处理器的高并行运算能力、动态位宽和易于编程扩展的特点，得到了广泛应用。本发明的实施，即基于以FPGA为核心的成像处理电路实现。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种红外热像仪高动态范围自适应调节方法，解决在制冷型红外热像仪工作中，存在动态范围固定，难以适应多变场景的问题。

本发明的技术方案如下：一种红外热像仪高动态范围自适应调节方法，包括以下步骤：

S1：参数采集；利用高精度面源黑体作为标准参考源，使用制冷型凝视红外热像仪进行正常成像并输出数字视频；高精度面源黑体温度可调节，制冷型凝视红外热像仪积分时间可在多档设定值间切换，上位机处理程序可对当前成像画面灰度均值及中心区域均值进行实时存储，从而得到不同外界辐射条件下，不同积分时间下，与数字图像灰度值响应对应的原始数据；

S2：数据处理；首先，建立制冷型凝视红外热像仪不同积分时间下，其响应与外界辐射的关系，采用上位机程序拟合此关系曲线，其次，设计积分时间切换逻辑和阈值；