红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
摘要：红外焦平面阵列普遍存在非均匀性，会严重影响红外成像质量。对非均匀性的主要来源和表现形式进行了探讨，介绍了在工程应用中常用的校正方法，两点温度校正法、时域高通滤波法和人工神经网络法，给出详细的推导，并对几种校正算法进行了分析和研究，对这几种校正算法的优点和缺点进行讨论和综合对比，为进一步开展红外焦平面非均匀性校正提供参考意见。
关键词：红外焦平面阵列非均匀性校正算法对比
Study of Non-uniformity Correction Algorithms for IRFPA
Abstract:There usually exist a non-uniformity problem for infrared focal plane arrays.This problem may has a severe influence on the imaging quality of them.The non-uniformity of the major sources and manifestations are discussed.Two temperature correction method,constant statistical average,temporal high-pass filtering and artificial neural network which usually applied in engineering are introduced. Three correction algorithms are analysed and researched, giving a detailed derivation,and advantages and disadvantages of the four correction algorithms are discussed and comprehensively compared. providing a reference suggestions for the further development of non-uniformity correction algorithms for IRFPA.
HDR及一些非均匀性校正算法
HDR High Dynamic Range ，即高动态范围，比如所谓的高动态范围图象（HDRI）或者高动态范围渲染（HDRR）。动态范围是指信号最高和最低值的相对比值。目前的16位整型格式使用从“0”（黑）到“1”（白）的颜色值，但是不允许所谓的“过范围”值，比如说金属表面比白色还要白的高光处的颜色值。在HDR的帮助下，我们可以使用超出普通范围的颜色值，因而能渲染出更加真实的3D场景。也许我们都有过这样的体验：开车经过一条黑暗的隧道，而出口是耀眼的阳光，由于亮度的巨大反差，我们可能会突然眼前一片白光看不清周围的东西了，HDR在这样的场景就能大展身手了。 HDR可以用3句话来概括：亮的地方可以非常亮暗的地方可以非常暗亮暗部的细节都很明显。HDR的处理在显卡中可以分为3个步骤：将画面用高光照动态范围渲染，并储存每个象素的亮度特性；将HDRI画面转成低动态范围的画面（RGBA或是sRGB）；色彩和Gamma校正后传送到显示设备输出。 计算机在表示图像的时候是用8bit(256)级或16bit(65536)级来区分图像的亮度的，但这区区几百或几万无法再现真实自然的光照情况。HDR文件是一种特殊图形文件格式，它的每一个像素除了普通的RGB信息，还有该点的实际亮度信息。普通的图形文件每个象素只有0 －255的灰度范围，这实际上是不够的。想象一下太阳的发光强度和一个纯黑的物体之间的灰度范围或者说亮度范围的差别，远远超过了256个级别。因此，一张普通的白天风景图片，看上去白云和太阳可能都呈现是同样的灰度/亮度，都是纯白色，但实际上白云和太阳之间实际的亮度不可能一样，他们之间的亮度差别是巨大的。因此，普通的图形文件格式是很不精确的，远远没有纪录到现实世界的实际状况。所以，现在我们就要介绍一下高动态范围图像（简称HDRI）。 HDR高动态范围渲染目前是一种逐渐开始流行的显示技术，其技术出发点就是让计算机能够显示更接近于现实照片的画面质量。目前在民用领域看到最多HDR技术应用的必然是游戏了。 在现实中，当人从黑暗的地方走到阳光下时，我们的眼睛会不由自主的迷起来，那是因为在黑暗的地方，人为了更好的分辨物体，瞳孔张开很大，以便吸收光线;而突然到了光亮处瞳孔来不及收缩，视网膜上的视神经无法承受如此多的光线，人自然会迷上眼睛阻止大量光线冲击视神经。而电脑是不具备这种功能的。所以，HDR的最终效果因该是亮处的效果是鲜亮的，而黑暗处你也可以清晰的分辨物体的轮廓，位置和深度，而不是以前的一团黑。动态、趋近真实的物理环境是HDR的特效表现原则。 实际游戏中会发现井底水面反射的阳光在墙壁上动态的明亮反光，洞口的明亮天空也会稍微变弱些。这样就能更清晰的表现出水面的反光。如果此时低头看水面会发现水面直接将阳光反射到人眼中很刺眼，但仅仅1秒钟时间光线就会减弱，因为人眼适应了直接反射的阳光。 这就是游戏的曝光控制功能，模拟人眼自动适应光线变化的能力，而不是照相机。HDR并不仅仅是反射的光强度要高。在游戏中，如果你盯着一个面向阳光直射的物体，物体表面会出现丰富的光反射;如果盯着不放，物体表面的泛光会渐渐淡出，还原出更多的细节。HDR特效是变化的，因此称作高动态光照。 热成像的非均匀性校正算法有很多种，红外焦平面非均匀性校正算法主要分为基于定标的非均匀校正算法(如一点温度定标算法、二点温度定标算法、多点温度定标算法)和基于场景的自适应非均匀校正算法(如时域高通滤波(THPFC)算法、人工神经网络(ANNC)算法、恒定统计平均(Cs)校正算法等)。目前二点温度定标算法和多点温度定标算法是最为成熟的实用性算法，但是它需要周期性的对它维护，这给红外成像设备维护工作带来很多困难。而基于场景的非均匀
焦平面红外探测器应用现状
焦平面红外探测器应用现状 0 引言 红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域，尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。近年来，红外探测器的需求不断增加。据美国相关公司市场调研分析师预测，全球军用红外探测器需求额有望在2020年达到163.5亿美元，复合年均增长率为7.71%。 红外探测器按探测机理可分为热探测器和光子探测器，按其工作中载流子类型可以分为多数载流子器件和少数载流子器件两大类，按照探测器是否需要致冷，分为致冷型探测器和非致冷型探测器。非致冷探测器目前主要是非晶硅和氧化钒探测器，致冷型探测器主要包括碲镉汞三元化合物、量子阱红外光探测器Ⅱ类超晶格等。 在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，目前正朝着以大规模、高分辨力、多波段、高集成、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。 1 焦平面红外探测器应用现状 热探测器的应用早于光子探测器。热探测器包括热释电探测器、温差电偶探测器、电阻测辐射热计等。热探测器具有宽谱响应、室温工作的优点，但是它响应时间较慢、高频时探测率低，目前主要应用于民用领域。光子探测器是基于光电效应制备的探测器，通过配备致冷系统，具有高量子效率、高灵敏度、低噪声等效温差、快速响应等优点。在军事领域，光子探测器占据主导地位。常用的光子探测器有碲镉汞（HgCdTe）、InAs / InGaSb Ⅱ类超晶格、GaAs / AlGaAs量子阱等。近年来量子点红外光探测器也引起广泛关注，量子点红外光探测器在理论上具有很多优点，但实际制备的量子点红外光探测器与理论预测的还是有一定差距。表1对几种常用的光子型焦平面红外探测器进行了比较。 在精确制导领域，主流制导方式有红外制导和雷达制导，这两种方式各有优势，在某些特定的场合，红外制导更是显示出其不可替代性。与雷达制导的主动探测相比，红外探测是
红外焦平面阵列简介
红外焦平面阵列简介 自从赫谢尔利第一次发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器。进入20世纪后，红外探测器技术取得了惊人的进展，特别是冷战时期，军备竞赛各方投入巨资进行研究，突破了诸多难题，使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种，从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面阵列。红外焦平面阵列技术作为红外探测技术发展的一个里程碑，正在急速地拓展新的应用领域和市场，渗透到工业监测探测、执法、安全、医疗、遥感、设备等商业用领域，改变了其长期以来主要用于军用领域的状况。 红外焦平面阵列是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。 下面依次介绍其原工作原理、分类以及读出电路，并简述国内外发展情况以及展望其发展方向。 一、红外焦平面阵列原理 焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。 二、红外焦平面阵列分类 1、根据制冷方式划分 根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶斯特林循环致冷器集成体[5]。由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz12W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz12W-1，相差为两个数量级。不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。 2、依照光辐射与物质相互作用原理划分 依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下。 3、按照结构形式划分 红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种。其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料。混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。混成式主要分为倒装式和Z平面式两种。 4、按成像方式划分 红外焦平面阵列分为扫描型和凝视型两种，其区别在于扫描型一般采用时间延迟积分技术，采用串行方式对电信号进行读取；凝视型式则利用了二维形成一张图像，无需延迟积分，
红外焦平面阵列简介
红外焦平面阵列简介.doc 红外焦平面阵列简介 自从赫谢尔利第一次发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器。进入20世纪后，红外探测器技术取得了惊人的进展，特别是冷战时期，军备竞赛各方投入巨资进行研究，突破了诸多难题，使红外探测器技术从30年代单一的PbS器件发展到现在的多个品种，从单元器件发展到目前焦平面信号处理的大型红外焦平面阵列。红外焦平面阵列技术作为红外探测技术发展的一个里程碑，正在急速地拓展新的应用领域和市场，渗透到工业监测探测、执法、安全、医疗、遥感、设备等商业用领域，改变了其长期以来主要用于军用领域的状况。 红外焦平面阵列是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。 下面依次介绍其原工作原理、分类以及读出电路，并简述国内外发展情况以及展望其发展方向。 一、红外焦平面阵列原理 焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。二、红外焦平面阵列分类 1、根据制冷方式划分
根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶斯特林循环致冷器集成体[5]。由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。当前制冷型的探测器其探测率达到,1011cmHz12W-1，而非制冷型的探测器为,109cmHz12W-1，相差为两个数量级。不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。 2、依照光辐射与物质相互作用原理划分 依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。这类探测器的共同特点是:无选择性探测(对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度)，但它们多数工作在室温条件下。 3、按照结构形式划分 红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种。其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料。混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。混成式主要分为倒装式和Z平面式两种。 4、按成像方式划分
(仅供参考)红外焦平面探测器普及知识
红外焦平面探测器普及知识 红外焦平面阵列（IR FPA）技术已经成为当今红外成像技术发展的主要方向。红外焦平面阵列像元的灵敏度高，能够获取更多的信息以及更高的可变帧速率。红外焦平面阵列探测器对入射的红外能量进行积分，然后产生视频图像，经过调节后被提供给视频显示器，以供人观察。焦平面阵列每个像元的输出是一种模拟信号，它是与积分时间内入射在该元件上的红外能量成正比的。但是由于制造工艺和使用环境的影响，即使对温度均匀的背景，焦平面背景中所有像元产生的输出信号也是不一致的，即红外焦平面阵列器件的非均匀性（Nonuniformity,NU）。为了满足成像系统的使用要求，需要对红外焦平面阵列探测器进行非均匀性校正。 从生产工艺而言，单纯从提高焦平面阵列质量的角度来降低其非均匀性，不仅困难而且造价昂贵。因此，通过校正算法减小非均匀性对红外焦平面阵列成像质量的影响，提高成像质量，不仅是必须的，同时具有很高的经济价值和应用价值。目前，对红外图像质量的改善，一般是根据红外焦平面阵列对于温度响应的不一致性，采用非均匀性校正的方法，提高红外图像的质量。主要有两类校正方法：基于红外参考辐射源的非均匀性校正算法和基于场景的自适应校正方法。在实际应用中，普遍采用的是基于红外参考辐射源定标的校正方法。但是，采用参考辐射源定标的校正方法校正的红外图像，因红外焦平面阵列器件由于长时间的工作，受到时间、环境等因素的影响，红外图像质量逐渐下降，出现类似细胞状和块状的斑纹，影响了红外图像的质量。所以，需要在基于参考辐射源定标的校正方法的基础上，对于红外图像的质量进行改善。 国内外现状和发展趋势 自然界的一切物体，只要其温度高于绝对零度，总是在不断地辐射能量。红外热成像技术就是把这种红外热辐射转换为可见光，利用景物本身各部分温度辐射与发射率的差异获得图像细节，将红外图像转化为可见图像。利用这项技术研制成的装置称为红外成像系统或热像仪。用热像仪摄取景物的热图像来搜索、捕获和跟踪目标，具有隐蔽性好、抗干扰、易识别伪装、获取信息丰富等优点。因此，红外热成像技术在海上救援、天文探测、遥感、医学等各领域得到广泛应用。 红外热成像系统可以分为制冷和非制冷两种类型，制冷型有第一代和第二代之分，非制冷型可分为热释电摄像管和热电探测器阵列。第一代热成像系统主要由红外探测器、光机扫描器、信号处理电路和视频显示器组成，其中红外探测器是系统的核心器件，一般是分离式探测器。这种
非均匀性矫正
一、图像的非均匀性矫正
二、图像增强
三、程序代码（MATLAB）%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%555555555555555555555555555555555一点矫正HIGH_T=fopen('highdat_151.dat','rb'); HIGH=fread(HIGH_T,[200,200],'uint8'); HIGH=uint8(HIGH); %类型转化为uint8 subplot(321);imshow(HIGH); title('原始高温图像'); subplot(322);mesh(double(HIGH));title('原始高温图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOW_T=fopen('lowdat_151.dat','rb'); LOW=fread(LOW_T,[200,200],'uint8'); LOW=uint8(LOW); subplot(323);imshow(LOW); title('原始低温图像'); subplot(324);mesh(double(LOW)); title('原始低温图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% HAND_D=fopen('handdat_60.dat','rb'); HAND=fread(HAND_D,[200,200],'uint8'); HAND=uint8(HAND); subplot(325),imshow(HAND); title('原始手形图像'); subplot(326),mesh(double(HAND)); title('原始手形图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%选取低温图进行定标 S=mean2(LOW(:)); % S为定标值 S_LOW=S*ones(200,200); S_LOW=uint8(S_LOW); %S_LOW为定标矩阵 D_LOW=LOW-S_LOW; %校正系数D_LOW figure; HIGH_L=HIGH-D_LOW; subplot(321);imshow(HIGH_L); title('经低温矫正后的高温图像'); subplot(322);mesh(double(HIGH_L)); title('经低温矫正后的高温图像三维显示'); LOW_L=S_LOW; subplot(323);imshow(LOW_L); title('经低温矫正后的低温图像'); subplot(324);mesh(double(LOW_L)); title('经低温矫正后的低温图像三维显示'); HAND_L=HAND-D_LOW; subplot(325);imshow(HAND_L); title('经低温矫正后的原始手图像'); subplot(326);mesh(double(HAND_L)); title('经低温矫正后的原始手图像三维显示'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%选取高温图进行定标 S=mean2(HIGH(:)); % S为定标值 S_HIGH=S*ones(200,200); S_HIGH=uint8(S_HIGH); %S_LOW为定标矩阵 D_HIGH=HIGH-S_HIGH; %校正系数D_HIGH figure; HIGH_H=S_HIGH; subplot(321);imshow(HIGH_H); title('经高温矫正后的高温图像');
红外图像非均匀性校正及增强算法研究
红外图像非均匀性校正及增强算法研究 受限于制造工艺的约束,红外焦平面中各探测像元的光电响应率不一致,即存在非均匀性问题,导致图像中出现固定样式噪声,且具有缓慢的时间漂移性。并且,红外探测器的光电响应动态范围较大,而单幅图像场景的温度范围通常在红外探测器总体动态范围中占比小,导致原始红外图像对比度低、物体边界模糊。 因此,非均匀性校正和图像增强是必不可少的红外图像预处理步骤。本文将围绕基于场景的非均匀性校正和红外图像增强技术展开研究,论文的主要研究内容如下:1.凝视型红外探测器中,传统的基于神经网络的非均匀性校正方法通常假设固定样式噪声满足独立同分布,但在低成本非制冷探测器中,非均匀性的条纹噪声强,噪声分布特性不满足假设,导致现有方法难以兼顾边缘保护与条纹噪声抑制。 针对该问题,本文提出了基于自适应稀疏表示以及局部全局联合约束学习率的非均匀性校正方法,引入稀疏表示理论,利用干净的红外图像集训练出的过完备字典中的原子可稀疏地表示图像场景信息的特性,在自适应的误差容限内重建图像,从而保护图像边缘、将噪声成分当作冗余去除。实验结果表明,在均方根误差指标上,本方法相比传统方法降低了1.1652至1.9107不等、降低了约17.92%至26.37%,能够在保护图像边缘的同时有效去除包括条纹噪声在内的固定样式噪声。 2.扫描型红外探测器中,若直接采用凝视型探测器的非均匀性校正方法,则仍需数百帧图像计算校正系数,算法收敛慢。传统的扫描型探测器校正方法利用扫描成像的特性逐列(假设沿行扫描)更新校正系数,在单帧图像内完成校正。 然而,单帧图像内场景辐射多样性通常有限,导致传统方法易陷入局部最优
红外焦平面阵列
红外焦平面阵列 红外测量技术2009-12-08 21:07:23 阅读110 评论0 字号：大中小订阅 1、红外焦平面阵列原理 焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。 2、红外焦平面阵列分类 （1）根据制冷方式划分 根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。 （2）依照光辐射与物质相互作用原理划分 依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。 （3）按照结构形式划分 红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料，如图1所示。混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。混成式主要分为倒装式（图2(a)）和Z平面式（图2(b)）两种。 （4）按成像方式划分 红外焦平面阵列分为扫描型和凝视型两种，其区别在于扫描型一般采用时间延迟积分（TDI）技术，采用串行方式对电信号进行读取；凝视型式则利用了二维形成一张图像，无需延迟积分，采用并行方式对电信号进行读取。凝视型成像速度比扫描型成像速度快，但是其需要的成本高，电路也很复杂。 （5）根据波长划分 由于运用卫星及其它空间工具，通过大气层对地球表面目标进行探测，只有穿过大气层的红外线才会被探测到。人们发现了三个重要的大气窗口：1mm～3mm的短波红外、3mm～5mm的中波红外、8mm ～14mm的长波红外，由此产生三种不同波长的探测器。 三、读出电路
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究 摘要：红外焦平面阵列普遍存在非均匀性，会严重影响红外成像质量。对非均匀性的主要来源和表现形式进行了探讨，介绍了在工程应用中常用的校正方法，两点温度校正法、时域高通滤波法和人工神经网络法，给出详细的推导，并对几种校正算法进行了分析和研究，对这几种校正算法的优点和缺点进行讨论和综合对比，为进一步开展红外焦平面非均匀性校正提供参考意见。 关键词：红外焦平面阵列非均匀性校正算法对比 Study of Non-uniformity Correction Algorithms for IRFPA Abstract:There usually exist a non-uniformity problem for infrared focal plane arrays.This problem may has a severe influence on the imaging quality of them.The non-uniformity of the major sources and manifestations are discussed.Two temperature correction method,constant statistical average,temporal high-pass filtering and artificial neural network which usually applied in engineering are introduced. Three correction algorithms are analysed and researched, giving a detailed derivation,and advantages and disadvantages of the four correction algorithms are discussed and comprehensively compared. providing a reference suggestions for the further development of non-uniformity correction algorithms for IRFPA.
红外焦平面阵列
红外焦平面阵列 红外焦平面阵列原理、分类 1、红外焦平面阵列原理 焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。 2、红外焦平面阵列分类 （1）根据制冷方式划分 根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～ 109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。 （2）依照光辐射与物质相互作用原理划分 依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。 （3）按照结构形式划分 红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。其中，单片式集成在一个硅衬底上，即读出电路和探测器都使用相同的材料，如图1所示。混成式是指红外探测器和读出电路分别选用两种材料，如红外探测器使用HgCdTe，读出电路使用Si。混成式主要分为倒装式（图2(a)）和Z平面式（图2(b)）两种。 （4）按成像方式划分 红外焦平面阵列分为扫描型和凝视型两种，其区别在于扫描型一般采用时间延迟积分（TDI）技术，采用串行方式对电信号进行读取；凝视型式则利用了二维形成一张图像，无需延迟积分，采用并行方式对电信号进行读取。凝视型成像速度比扫描型成像速度快，但是其需要的成本高，电路也很复杂。
红外图像非均匀性校正
改进的红外图像神经网络非均匀性校正算法 摘要：红外焦平面阵列（IRFPA）像元响应存在不一致性，会严重影响红外成像系统成像的质量，实际应用中需要采用响应的非均匀性校正（NUC）技术。传统的神经网络校正算法在校正结果中存在图像模糊和伪像的问题，影响人们对于目标的观察。在分析了传统的神经网络性校正算法所出现问题原因的基础上，提出了有效的改进算法：用非线性滤波器代替传统算法中使用的均值滤波器。算法改进之后所得到的校正图像，不仅在清晰度方面有明显的改善，而且有效的消除了传统算法中存在伪像的问题。 关键词：非均匀性；神经网络；模糊；伪像 中图分类号：TN215 文献标识码：A Improved infrared image neural network non-uniformity correction algorithm Abstract：The responsive of infrared focal plane arrays (IRFPA) is different; it will affect the quality of imaging system seriously. Non-uniformity correction technology will need in practical application. The calibrated images have the problems of blurring and existing ghost artifacts when use the traditional neural network correction algorithm. And it is bad for the observation of the target. After analysis the reasons for the problems in the traditional neural network correction algorithm，proposed the improved algorithm. Replace the mean filter, which used in the traditional algorithm, by the nonlinear filter. The corrected image by the improved algorithm not only a marked improvement in clarity, but also effectively eliminate the problem of artifacts in traditional algorithms. Keywords：Non-uniformity; Neural network; Blurring; Ghosting artifacts 0引言 红外技术是20世纪初新出的一种不可见光技术，目前已被广泛应用于军事和民事领域，如红外探测，红外监视等。而IRFPA作为红外技术的核心部分，起着关键的作用，但是IRFPA上存在的非均匀性是影响红外系统的一个重大因素。因此，对于非均匀性的研究是目前广泛讨论的问题。 目前国内外已经出现了多种IRFPA非均匀性校正方法，归纳起来它们大致可以分为两类：基于定标的NUC算法[1]，这类算法由于精度高、算法简单，得到了广泛的应用。但是定标类校正方法由于受到IRFPA工作时间和环境的影响，其响应参数会发生缓慢漂移，进而影响校正精度。因此，定标类校正方法通常需要进行周期性定标校正[2]，这样在校正过程中就需要设备停止工作，所以会带来很大的不便。第二类是基于场景的NUC算法[3]，这类校正算法在一定程度上能够克服IRFPA响应漂移带来的校正误差，并且不需要参考源，因此基于场景的算法成为了目前研究的主要方向。神经网络校正方法以其较好的自适应性和误差跟踪能力而成为场景类校
红外焦平面成像技术发展现状
红外焦平面成像技术发展现状 姓名：高洁班级：11级硕研1班学号：S11080300007 摘要 红外焦平面列阵成像技术已经进入了成熟期。本文对几种红外焦平面列阵器件如MCT、Insb 和QWIP 的最新进展作一评述，简要介绍其器件发展水平、技术路线和关键工艺。简要提及一种新颖的非制冷焦平面成像技术：光学读出微光机红外接收器。 关键词：红外焦平面列阵；碲镉汞；锑化铟；量子阱红外探测器 Abstract Infrared focal plane array (IRFPA) imaging technology has been matured during the passed decade. In this paper an overview of recent progress to several kind of IRFPA such as MCT, Insb and QWIP is provided , focusing on new device development, technical lines and key technologies. Also, a new type of uncooled FPA imaging technigue micro !optomechanical infrared receiver with optical readout is briefly introduced. Key words: IRFPA; MCT; Insb; QWIP 引言 红外探测器技术在20 世纪90 年代取得了飞速发展。红外焦平面列阵成像技术进入了成熟期。高性能大规格焦平面列阵已正式地应用于各种重大国家安全项目中，例如弹道导弹防御计划和重要新型武器系统。另外，新型非制冷红外焦平面技术的涌现正在促进红外技术走向第三代。美国人预言，未来几年美国红外市场将出现年均30%的连续高速增长[1]。本文简要评述了几种红外焦平面列阵器件技术的最新进展。 1. 碲镉汞红外焦平面器件 1.1器件和材料发展水平 通过调整碲镉汞(MCT)材料的组分，可以方便地调节其材料的禁带宽度，器件可以响应多个红外波段范围，因此，MCT 受到各国的高度重视。MCT 焦平面列阵器件在短波(1~3 μm)、中波(3~5μm )、长波(8~12μm )和甚长波(12~18μm )各个波段取得了全面进展。 1.1.1 短波MCT 焦平面 波音北美公司和洛克威尔科学中心合作，在替代衬底PACE-1 上生长的MCT 薄膜材料制造了大规模的焦平面列阵。低背景天文应用，代号为Hawaii-2 的器件性能参数如表1 所示[2]。多光谱遥感应用的1024*1024 元FPA，截止波长2.5 μm，在1.2*1011 phs/cm2 s 背景水平和115 K 工作温度下的平均探测率达到2.3*1013 cmHZ1/2W-1，非均匀性12.5%，量子效率74%，77 K 下平均暗电流仅为0.02 e-/s，有效像元率99.1%，100 次热循环脱焊率<0.2%[3]。
紫外焦平面阵列的基础研究
背照式ZnO基紫外焦平面成像阵列的基础研究 基本信息 批准号60876042 项目名称背照式ZnO基紫外焦平面成像阵列的基础研究 项目类别面上项目 申请代码F040305 项目负责人张景文 负责人职称副教授 依托单位西安交通大学 研究期限2009-01-01 到 2011-12-31 资助经费43.0000（万元） 项目摘要 中文摘要 首次研制出一种背照明的ZnO基垂直结构的紫外探测器焦平面探测阵列，其单元像素光电灵敏度达到1616 A/W，光电响应的上升时间71.2 ns。日盲MSM结构Zn1-xMgxO紫外探测器5V偏压下明暗电流比达3000，对248nm的脉冲激光上升时间45.60μs。阵列式Zn1-xMgxO垂直结构紫外探测单元5V偏压下对248nm的紫外光的响应为1679A/W, 明暗对比达到5150，上升响应时间为23ns。为当前国际最好报道。首次研究出一种高灵敏度光电导型ZnO四脚晶须紫外探测器。发现Zn1-xMgxO纳米线表现出良好的紫外光响应特性，所研制的Zn0.62Mg0.38O 和Zn0.776Mg0.224O纳米线紫外探测器的明暗对比度分别达到了5000和20000。本项目共申报相关发明专利11项，其中已获得授权发明专利10项，取得了相应的知识产权；发表文章17篇，其中被SCI收录6篇，EI收录6篇，全国性学术会议邀请报告2次；承办全国性学术会议一次；培养青年教师两名；毕业博士研究生2人，毕业硕士研究生13人。 中文主题词焦平面探测阵列；紫外探测；ZnMgO；日盲；灵敏度
英文摘要 First developed a high performance back-illuminated ZnO-based ultravi olet focal plane detector arrays， Each back-illuminated ZnO single detector cell of the array had a hig h responsivity of 1616 A/W； the rise time was 71.2 ns. The light and dark contract of solar-blind MSM-Zn1-xMgxO UV detectors were as high as about 3000 when the detec tor was at 5V bias， the rise time was 45.60μs at 248 nm pulse laser irradiation. Each ba ck-illuminated Zn1-xMgxO single detector cell of the array had a high responsivity of 1679 A/W at 5V bias and 248 nm pulse laser irradiati on，the light and dark contract was 5150， the rise time was 23ns. It's the best result of international. First developed a high performance tetrapod ZnO whisker and ZnMgO nanowires UV detectors. We found the ZnMgO nanowires had high property of UV o ptoelectronical response. The light and dark contract of Zn0.62Mg0.38 O and Zn0.776Mg0.224O nanowires were 5000 and 20000 respectively. We have declared 11 invention patents at this project， and 10 invention patents have get authorized among them. We Have publ ished 17 papers，including 6 SCI papers and 6 EI papers， two invited report at national Conference. We have undertaken a natio nal Conference; two young college teachers have been trained and Grad uated two doctoral students and 13 graduates 英文主题词FPA；UV Detectors；ZnMgO；Solar Blind； Responsivity 结题摘要 首次研制出一种背照明的ZnO基垂直结构的紫外探测器焦平面探测阵列，其单元像素光电灵敏度达到1616 A/W，光电响应的上升时间71.2 ns。日盲MSM结构Zn1-xMgxO紫外探测器5V偏压下明暗电流比达3000，对248nm的脉冲激光上升时间45.60μs。阵列式Zn1-xMgxO垂直结构紫外探测单元5V偏压下对248nm的紫外光的响应为1679A/W, 明暗对比达到5150，上升响应时间为23ns。为当前国际最好报道。首次研究出一种高灵敏度光电导型ZnO四脚晶须紫外探测器。发现Zn1-xMgxO纳米线表现出良好的紫外光响应特性，所研制的Zn0.62Mg0.38O 和Zn0.776Mg0.224O纳米线紫外探测器的明暗对比度分别达到了5000和20000。本项目共申报相关发明专利11项，其中已获得授权发明专利10项，取得了相应的知识产权；发表文章17篇，其中被SCI收录6篇，EI收录6篇，全国性学术会议邀请报告2次；承办全国性学术会议一次；培养青年教师两名；毕