[发明专利]一种大规模红外焦平面实时非均匀性校正系统及其方法

说明书

本发明涉及一种大规模红外焦平面实时非均匀性校正系统及其方法，该校正系统包括大容量非易失存储器、参数存储器SRAM和逻辑时序控制电路；逻辑时序控制电路包括主控模块和连接主控模块的非易失存储器读写控制模块、SRAM读写控制模块、参数上注模块、校正运算模块，还包括连接校正运算模块的图像数据输入接口和图像数据输出接口；大容量非易失存储器连接参数存储器SRAM和非易失存储器读写控制模块，参数存储器SRAM还连接SRAM读写控制模块和校正运算模块。与现有技术相比，本发明在保证运算精度的同时可以有效保证校正速度，具有参数存储量大、运算实时性高及可用于大规模面阵探测器的实时校正等优点。

技术领域

本发明涉及红外成像技术领域，尤其是涉及一种大规模红外焦平面实时非均匀性校正系统及其方法。

背景技术

红外探测器是红外探测系统的核心，随着当前探测技术的发展，红外成像探测系统特别是红外高光谱成像探测系统越来越迫切的需要采用大规模的红外焦平面探测器，但是由于许多无法控制的因素和工艺水平的限制，红外焦平面探测器每个光敏元的响应率和直流偏置无法做到完全一致，这种响应和偏置的非均匀性，会使成像系统在均匀辐照度下的输出不一致，表现在图像上为亮暗不均的斑点或条纹，即出现图像的非均匀性(Nonuniformity)，也称为空间噪声、固定图案噪声。这种非均匀性可导致系统性能的下降，使目标图像的成像质量受到影响，非均匀性问题影响了红外成像系统的探测灵敏度和定量化水平，已经成为限制其在军事和民用方面应用的主要因素之一。解决这一问题通常采取两种技术途径：一是继续提高IRFPA器件的研制、生产水平，进一步降低器件的非均匀性，这是一条最基本的技术途径，但投资巨大、收效较慢，尤其是当器件的研制水平已接近国家基础工业的水平时，再提高器件的性能难度就更大了；另一条技术途径是利用现代信号处理技术对IRFPA的非均匀性进行实时校正，这是一条投入少，收效快的技术途径。

大规模红外焦平面具有探测器像元数多，实时性要求高等难点，因此选取不同的硬件校正方法有着不同的特点。根据调研文献，目前，硬件系统实现红外焦平面非均匀性校正的方法主要有查表法、DSP和FPGA结合校正法两类，下面分别进行介绍。

(1)查表法

查表法硬件实现方法原理是，预先计算好原始图像各个像元的DN值所对应的校正后的DN值，并将校正值存入非易失性存储单元，如EEPROM中。实时校正时，对应于信息获取采得的原始图像各像元DN值，由FPGA控制输出存放在非易失性存储单元中对应的校正DN值。

查表法各像元的校正DN值是预先在计算机中求得，因此在计算时可以采用任何复杂先进、高计算量、高效、高精度的非均匀性校正算法，所以得到的校正图像效果较好。但是，由于查表法是通过原始图像像元DN值和校正值一一对应来实现校正，需要很大的校正值存储空间。例如，对于2048×512元的红外焦平面阵列，如果采用12bit量化，那么采用查表校正法所需校正值存储空间为2048×512×4096＝4GByte的存储容量，这对于硬件资源要求很高，难以实现。而且，由于是直接存储校正结果，对于校正算法和校正参数的更新也较为困难。因此，查表法对于探测单元较少的焦平面阵列，如像元较少的线列探测器，有高速、高效的校正效果而便于采用。但对于探测单元较多的焦平面阵列，如多元面阵探测器，查表法因占用太多的系统资源而难以发挥其效用。

(2)DSP与FPGA结合法

DSP与FPGA相结合类方法原理为，把预先计算好的校正参数存入非易失性存储器中，由FPGA控制探测器驱动时序，及AD转换时钟和校正参数读取脉冲。由DSP进行校正运算后，输出校正结果。

由于充分利用了DSP的运算能力和FPGA的时序控制能力，该算法能够实现较为复杂算法的实时非均匀性校正，并且有较好的校正效果，是目前常用的一种校正算法。但是由于DSP只有一组地址、数据总线，而非均匀校正涉及两组校正系数和图像数据的读出，要求DSP复用其地址总线，与存放校正系数、原始图像数据的存储器相连，然后分时独处校正系数、图像数据，这就要求DSP的工作频率较高，达到上Ghz，实际应用中难以实现。