[发明专利]一种红外焦平面阵列偏置消除电路及方法

说明书

本发明涉及一种红外图像校正方法，具体涉及一种红外焦平面阵列偏置消除电路及方法。解决现有红外图像校正方法无法提高系统的动态范围的问题。电路包括信号处理模块、控制器模块和偏置生成模块；信号处理模块的输入分别与红外焦平面阵列以及偏置生成模块的输出相连，控制器模块与信号处理模块相连，控制器模块的输出与偏置生成模块的输入相连；如果相机工作在偏置消除矩阵标定模式，则利用信号处理模块输出数字图像信号计算各个像元位置对应的偏置消除矩阵，在工作模式，利用偏置消除矩阵消除红外焦平面阵列每个像素输出信号中的偏置，同时可以提高系统的动态范围。

技术领域

本发明涉及一种红外图像校正方法，具体涉及一种红外焦平面阵列偏置消除电路及方法。

背景技术

红外焦平面阵列作为红外探测系统中的核心器件在红外相机系统，红外多光谱、高光谱系统中取得了广泛的应用。在实际应用中，成像系统获取的红外图像具有明显的空间非均匀性-固定模式噪声，这种空间非均匀性主要源于红外焦平面阵列自身的空间非均匀性和其工作状态相关的各类参数的波动。红外成像系统的空间非均匀性体现为增益非均匀性和偏置非均匀性。偏置非均匀性的存在，降低了模数转换模块输入量程的利用率，对系统的动态范围有限制作用。目前存在诸多红外图像校正方法，这些方法的策略均是先获取图像，然后采用数字图像处理的方式进行校正，以达到消除偏置非均匀性和校正增益非均匀性的效果。例如Lv,Tong,Liu,et al.Statistical Scene-Based Non-UniformityCorrection Method with Interframe Registration[J].Sensors,2019,19(24):5395.采用了一种基于场景的校正算法；Tomasz.Nonuniformity correctionalgorithm with efficient pixel offset estimation for infrared focal planearrays[J].SpringerPlus,2016,5(1):1831.采用了一种两点法校正算法。这些方法均是在数字域对偏置进行消除，并没有对模数转换之前的模拟信号进行处理，假设红外焦平面阵列包含N个像元，像元n的偏置电压信号为Vn，n取1，2，…，N，模数转换器件的输入电压量程为Vadc，系统本底噪声为Vnoise，那么在数字域进行偏置消除后，系统的动态范围为

，红外焦平面阵列的像元偏置仍然对系统的动态范围具有较大的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外焦平面阵列偏置消除方法及电路，在消除红外焦平面阵列偏置的同时提高红外成像系统的动态范围。解决现有红外图像校正方法无法提高系统的动态范围的问题。

本发明的技术解决方案是提供一种红外焦平面阵列偏置消除电路，其特殊之处在于：包括信号处理模块、控制器模块和偏置生成模块；

信号处理模块的输入分别与红外焦平面阵列以及偏置生成模块的输出相连，控制器模块与信号处理模块相连，控制器模块的输出与偏置生成模块的输入相连；

信号处理模块用于将红外焦平面阵列每个像元位置输出的模拟信号与偏置生成模块输出的该像元位置的初始偏置信号或更新后的偏置信号在模拟域进行减法操作，并将减法运算后的信号进行放大，然后进行模数转换，输出数字图像信号；

控制器模块用于对信号处理模块的模数转换时序进行控制，并接收来自信号处理模块的数字图像信号；如果相机工作在偏置消除矩阵标定模式，则利用数字图像信号计算各个像元位置对应的偏置消除矩阵，否则直接输出数字图像信号；

所述偏置生成模块用于接收各个像元位置对应的偏置消除矩阵，并将偏置消除矩阵转变为模拟电压信号，增强驱动能力后，为信号处理模块提供该像元位置对应的更新后的偏置信号。

进一步地，该红外焦平面阵列偏置消除电路，还包括存储模块；

存储模块与控制器模块相连，用于根据控制器模块的控制读写中间数据与偏置消除矩阵。