非制冷红外焦平面探测器固定图形噪声研究
非制冷红外探测器研究进展(特邀)
第50卷第1期 V〇1.50 No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan. 2021非制冷红外探测器研究进展（特邀）余黎静^3,唐利斌杨文运2,郝群”(1.北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室，北京10008卜，2.昆明物理研究所，云南昆明650223;3.云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南昆明650223)摘要：非制冷红外探测器由于无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有成本低、体积小、功耗低 等特点，在红外领域得到了广泛的应用。
在军事应用方面，非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制 冷型探测器的应用范围，大量应用在一些低成本的武器系统，甚至在一些应用领域取代了原来的非制 冷型探测器。
在民用领域方面，更表现出了其价格和使用方便的优势，在民用车载夜视、安防监控等应 用领域引起了广泛的兴趣和关注。
文中介绍了 Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测 器的工作原理，列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况，着重介绍了目前应用最广 泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。
除了已实现商业化 应用的Bolometer、热释电、SO I二极管等探测器等产品，还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型 器件：比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用，新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器 件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。
最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展 趋势作了预测。
关键词：非制冷；红外探测器；热释电；Bolometer;封装中图分类号：TN215 文献标志码：A D O I：10.3788/IRLA20211013Research progress of uncooled infrared detectors(Invited)Yu Lijing1'2'3,Tang Libin1'2'3*,Yang Wenyun2,Hao Qun1*(1. The Laboratory of Photonics Information Technology, Ministry of Industry and Information Technology,School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;3. Yunnan Key Laboratory of Advanced Photoelectric Materials & Devices, Kunming 650223, China)Abstract:Uncooled infrared detectors are widely used in the infrared field due to their low cost,small size,and low power consumption because they do not need the cooling device and can work at room temperature.In military application field,the uncooled detector has gradually entered the application domain of previous refrigerated detector,and has been widely used in some low-cost weapon systems,even replaced the original uncooled detectors in some application fields.In the civil field,it has shown its advantages in price and ease of use,and has aroused widespread interest and attention in civil in-vehicle night vision,security monitoring and other application field.The working theory of several typical uncooled infrared detectors such as Bolometer, pyroelectric,thermopile,etc.were introduced,and the status of the main products that have been commercialized at home and abroad was enumerated,the development of pixel pitch,array specifications,performance and收稿日期:2020-1卜24;修订日期:2020-12-08基金项目:国家重点研发计划（2019YFB2203404);云南省创新团队（2018HC020)packaging of mainstream bolometer devices was focused,which were currently the most widely used.In addition to the bolometer,pyroelectric,SOI diode and other products that had been commercialized,some new uncooled detection technologies or new detectors were introduced in detail:such as the application of metasurfaces in enhancing absorption in certain wavebands,the research progress of new materials bolometer,new bi-material uncooled devices,graphene,quantum dots,nanowires and other photoelectric detection technologies.Finally,the future development trend of u ncooled infrared detectors were predicted in the end of t he review. Key words:uncooled;infrared detector;pyroelectric;bolometer;package〇引言在红外系统中，红外探测器作为探测、识别目标 的关键，其主要作用是将人射的红外信号转化为可以 检测的电信号后进行输出。
非制冷微悬臂梁式红外焦平面探测器读出电路设计
引言
非制 冷 红 外焦 平 面探 测 器 在 室温 下 工作 ， 有 具 低成 本 、 功耗 、 型 化 和 高可 靠 性 等 优 点 ， 低 小 被广 泛 应用 于军事 和 民用领 域 ¨ ． 是 传 统 的基 于氧 化 但 钒 、 晶硅 等材料 的 电阻 型 非制 冷 红 外 探 测器 由 于 非 响应 速度慢 、 电阻温 度 系 数 低 、 敏 度低 、 灵 噪声 等 效
ｔａ ７ ａ ｄｔｅｅ ｕｖ ｌ ｔ ｏｓ ｃ ａｇ Ｎ Ｃ）ｉ ｂ ｌ ５ ｅ ｈ ｎ９ ％ ｎ ｑ ｉａ ｎ ｎ ｉ ｈ ｒｅ（ Ｅ ｈ ｅ ｅ ｓ ｅ ｗ １０ ． ｏ
Ｋ ｙｗ ｒ ｓ ｕ ｃｏｅ ；ｉ ｒｒ ｃｌ ｌ ｅａ ａ（Ｒ Ｐ ； ｉｒ ａｔｅｅ ； ｅｄ ｕ ｉ ｅｒｔｄｃ ｃ ｉ Ｒ Ｉ ｅ ｏｄ ： ｎ ｏｌｄ ｎ ａｅ ｆ ａ ｐａ ｒ ｙ Ｉ Ｆ Ａ） ｍ ｃｏ ｎｉｖｒ ｒａｏｔｎ ｇａ ｉ ｕｔ ＯＣ） ｆ ｄｏ ｎ ｒ ｃ ｌ ｔ ｅ ｒ （
ห้องสมุดไป่ตู้非 制 冷 微 悬 臂 梁 式 红 外 焦 平 面 探 测 器 读 出 电路 设 计
曹君敏， 陈中建 ， 鲁文高， 张雅聪， 雷 科， 赵宝瑛
（ 京 大 学 微 电子 学 系 ， 电 子器 件 与 电 路 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 京 北 微 北 １０ ７ ） ０ ８ １
温 差 Ｎ Ｔ （ ｉ Ｅ ｕｖ ｌｎ Ｔ ｍｐ ｒｔｒ Ｄ ｆ ｒ Ｅ Ｄ Ｎｏｓ ｅ ｑ ｉａｅ ｔ ｅ ｅａｕｅ ｉ ｅ－ ｆ
潜在 可达 １ Ｋ， 制 冷 型 探 测 器 的性 能 接 近 ， 且 ｍ 与 并
ＵＮＣｏｏ ＬＥＤ ＮＦＲＡＲＥＤ Ｉ ＦｏＣＡＬ ＰＬＡＮＥ ＡＲＲＡＹＳ ＢＡＳ ＥＤ ｏＮ Ｉ Ｍ ＣＲｏ ＣＡＮＴＩ ＬＥＶＥＲ
非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计-概述说明以及解释
非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计-概述说明以及解释1.引言1.1 概述非制冷红外焦平面阵列是一种重要的红外传感器，具有广泛的应用前景。
与传统冷却红外焦平面阵列相比，非制冷红外焦平面阵列不需要额外的冷却机制，因此具有更小、更轻、更便捷的特点。
由于其在热成像、火情监测、夜视、目标探测、红外光谱等领域具有广泛的应用价值，因此其电路设计成为研究的重点。
本文旨在探讨非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计，重点是要分析其原理、应用，并提出相应的设计要点。
通过对非制冷红外焦平面阵列的深入研究和分析，可以揭示其内在机制，为信号处理电路的设计提供理论依据和实践指导。
文章的结构主要由引言、正文和结论三个部分构成。
在引言部分，我们将对非制冷红外焦平面阵列进行一个整体的概述，介绍其基本原理、特点和应用范围。
同时，我们还将介绍文章的结构，以便读者能够清晰地了解整篇文章的组织结构，方便查找所需信息。
通过本文的研究，我们期望能够为非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计提供一些有益的指导，促进其在相关领域的应用与发展。
同时，我们还将展望非制冷红外焦平面阵列信号处理电路在未来的发展方向，为后续研究提供一定的参考依据。
总之，本文将深入探讨非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计，通过对其原理和应用的研究，提出相应的设计要点，并对其未来的发展进行展望。
希望本文能为相关领域的研究人员和工程师提供一些有益的启示和参考。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为以下几个部分进行叙述和分析：第一部分是引言部分，主要对非制冷红外焦平面阵列信号处理电路的设计进行概述和介绍。
其中包括对该领域的背景和意义进行阐述，以及对文章结构和目的进行说明。
第二部分是正文部分，主要包括两个重要内容。
首先，对非制冷红外焦平面阵列的原理和应用进行详细介绍，包括其工作原理、结构组成和相关应用领域。
其次，介绍信号处理电路的设计要点，包括对信号的采集、预处理和解调等环节进行详细分析和设计方案的阐述。
非制冷红外焦平面探测器及其典型应用
SWIR
• 可使用常规可见光 镜头，可透过玻璃 成像
• 可探测1.06μm及 1.55μm激光
• 可复现可见光图像 细节Fra bibliotekMWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下，中 波红外的传输优于 长波红外
• 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显
• 中波制冷红外的技 术成熟度
LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好
11
红外成像技术—发展史
1800年， 赫胥尔发现了红外线 （水银温度计）
光机扫描、红外 摄像管技术
1800 1901年，Langley 利用探测到 1/4英里外的一头牛（电阻
1930
式测辐射热计）
1940
光机扫描红外成像技术 非制冷型红外成像技术
1956
AIM-9响尾蛇导弹
民用红外成像有望呈现爆发式增长。
9
红外成像探测器技术
制冷光子型
原理：光子型探测 优势：成像距离远，成像清晰，响应时间快，可高帧频工作（400Hz)； 劣势：系统功耗大，体积大，成本高，运行时间受制冷机寿命限制； 应用：红外雷达，光电吊舱，导引头等远距离观测与跟踪高端军用
• 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好
• 战场环境烟雾环境 适应性好
• 非制冷长波红外成 像成本较低
IRay Confidential
4
红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别，隐 蔽性好
能真正做到24小时全天时监控， 不受白天黑夜影响
抗电磁干扰
不受电磁影响，能远距离精 确跟踪热目标
准全天候
作用距离远
可穿透烟雾、雾霾、云雾成像， 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。
国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｒ ｉｎ Ｕｎｃ ｏ ｅ ｄ Ｉ Ｄｅｅ ｔ ｒ
Ｌ －ｕｉ Ｗ ＡＮＧ ｎ —ｕ ， ＥＩＹａ ｇ ， Ｒｏ ｇ ｒ ｉ ＣＨＥＮ ａ — ａ Ｍｉｏ ｈ ｉ
Ｉ Ｆ Ａ探测器 等 。 ＲＰ
启动快及稳定性好等优点 ， 满足 了民用红外系统和 部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要。 事实表明， 采用非制冷 Ｉ ＦＡ探测器的轻型红外热 ＲＰ 像仪系统逐渐增多 ， 中采用 的规格 主要有 １０× 其 ６
１０元 、５ ２ ２６×１８元和 ３０× ４ ２ ２ ２０元 等 。一些 较 大规
辐射 热计 的发展 状 况 ， 时也 介 绍 了 近年 出现 的一 同 些新 型非 制 冷 ＩＦ Ａ 探 测 器 技 术 ， 硅 一绝 缘 体 ＲＰ 如 （Ｏ） Ｓ Ｉ 二极管 非 制 冷 Ｉ ＦＡ 探测 器 、 材料 微 悬 臂 ＲＰ 双 梁非 制 冷 Ｉ Ｆ Ａ探 测 器 、 用 热 光 效 应 的 非 制 冷 ＲＰ 利
（ ｏｔ ｈｎ ｅｅｒｈＩｓｔｔ ｏ ｌ ｔ －ｐｉ ， ｅｉｇ１０ １ ，ｈｎ ） Ｎ ｒ Ｃ ｉ Ｒ ｓａｃ ｔｕｅ ｆ ｅ ｒ ｏｔｓ Ｂ ｒｎ ００ ５ Ｃ ｉａ ｈ ａ ｎ ｉ Ｅ ｃｏ ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｎ ｏ ｌ ｄ ｉ ｆ ｅ ｅｅ ｔｒｉ ｏ ｅ ｔｐ ｆｔ ｅ ｍｏ ｔｆ ｔｅ ｏｖ ｄ ｉ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｒ ｎ ａ ｉ ｅ ｍｉ ｔｒ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｃ ｏｅ ｎｒ ｄ ｄ ｔ ｃｏ ｓ ｎ ｅ ｏ ｓ ａ ｖ ｌ ｅ ｎ ａ ｄ ｄ ｔ ｃｏｓ ａ ｄ ｈ ｓ ｗ ｄ ｌ ａ ｙ ａ ｄ ｒ ａ ｙ ｈ ｓ ｆｒ ｉ ｃｖｌａ ｐ ｌ ａｉｎ ．Ｉ ｅ ｐ ｐ ｒ ｔｅ ｓａｅ ｎ ｓｆｃ ｓ ｄ ｏ ｅ ｓａｅ ｏ ｒ ａ ｄ ｔ ｎ ｆｓ ｖ ｒｌｆｒ ｉｎ ｒｐ ｅ ｅ ｔ－ ｉｉ ｎ ａ ｐ ｉ ｔ ｓ ｎ ｔ ａ ｅ ， ｔｔ ｍｅ ｔ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｔｔ ｆ ｔ ｎ ｅ ｄ ｏ ｅ ｅ ａ ｅｇ ｅ ｒｓ ｎ ａ ｉ ｃ ｏ ｈ ｈ ｉ ｈ ａ ｒ ｏ ｔ ｅ ｕ ｃ ｏｅ ｎ ｒｒ ｄ ｄ ｔｃｏ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｎ ｏ ｌｄ ｉ ａ ｅ ｅｅ ｔｒ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ． ｖ ｆ ｓ
非制冷红外焦平面阵列器件驱动电路的研究
压 电路、单芯片焦 平面温度控 制 电路 和基 于现场 可编程 门 阵列器件 的 时序逻辑 驱动 电 路 。实验 表 明，该 驱 动 电路 的控 温 精度 优 于 ００ ． ５℃，直 流 偏 压 电源 精 度 高 ，噪声低 ，时
序驱动合理 。
关 键词：非制冷红外焦 平面 阵列；驱动 电路；现场 可编程 门 阵列；热 电致冷器
维普资讯
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文 章 编号 ： １ ７ —７ ５ ２０ ）６０ ０ －４ ６ ２８ ８ （０ ８０ －０ ００
非 制 冷 红 外 焦 平 面 阵 列 器 件 驱 动 电路 的研 究
１ 引 言
近年来， 非制冷红外焦平面阵列器件 （ Ｆ Ａ ＵＰ） 性能 的提 高，以及 其光谱宽 、成本低、体积 小、
功 耗 低 等 诸 多 优 点 ，使 其 在 军 事 侦 察 、导 航 、安
Ｕ Ｐ Ｆ Ａ是 非 制 冷 红 外 热 成 像 系 统 的核 心 ，决
定 了系 统 的性 能参 数和 成像 质量 。为 了进 一步
中图分类号 ： Ｔ ７６ 文献标识码 ： Ａ Ｎ ８
Ｓｔ ｙ ｏ ｒ ｖ ｉ ｃ ｔ ｆ ｒ Ｕ ｎｃ ｏ ｅ ｎｆ ａ ｅ ｕｄ ｆＤ ｉ ｅ Ｃ ｒ ｕｉ ｏ ｏ ｌｄ Ｉ ｒ ｒ ｄ Ｆｏｃ ｌＰｌ ｎｅ Ａ ｒ ａ ａ ａ ｒ ｙ
ＱＩ ｅ —ａ ｇ Ｒ Ｎ Ｗ ｎｇ ｎ ， ＡＮＧ Ｘｉｇ Ｇ — ｕ ｎ ， ＡＯ Ａｉ ａ ｈ
ｓｑ ｅ ｃ ｒ ａｅ ｎａｆ ｌ— ｒｇａ ｅ ｕｎ ｅ ｓ ｄｏ ｅ ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｇ ｔ ｒａ Ｆ ＧＡ） ｅｐ ｃｉｅｙ Ｔｈ ｐ ｒ ｎａ ｓ ｌ ｈ ｗ ｂ ｉｄ ｂｅ ａｅａｒｙ（ Ｐ ｒｓｅ ｔ ｌ． ｅ ｘ ｅｉ ｔｌｅｕｔ ｓ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｒ ｓ
红外探测器测试系统噪声分析与抑制方法研究
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ｓ ｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ １ ０ ０ ｄ Ｂ ．
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fpn固定模式噪声原理
fpn固定模式噪声原理fpn固定模式噪声（Fixed Pattern Noise）是数字图像传感器中常见的一种噪声类型。
该噪声表现为图像中固定位置的亮度或颜色偏差，严重影响了图像的质量。
了解fpn固定模式噪声的原理对于图像处理领域的从业人员来说至关重要。
本文将详细介绍fpn固定模式噪声的原理及其产生的原因，并探讨一些常用的抑制fpn噪声的方法。
首先，我们来了解fpn固定模式噪声是如何产生的。
fpn固定模式噪声是由传感器像素之间的不均匀性造成的。
在制造传感器的过程中，由于制造工艺的差异或其他因素，导致传感器的像素之间存在亮度或颜色的差异。
这种差异会在图像中产生固定的亮度或颜色偏差，从而形成fpn固定模式噪声。
现在我们来探讨一些导致fpn固定模式噪声的主要原因。
首先，传感器像素之间的光学特性不一致是fpn固定模式噪声的主要原因之一。
在传感器的制造过程中，不同的像素可能因为光学材料的差异或加工不均匀性而导致亮度或颜色的变化。
其次，传感器中的电学特性不一致也会引起fpn固定模式噪声。
不同的像素元件可能存在微小的电压偏移或响应差异，从而导致图像中出现固定的亮度或颜色偏差。
现在我们来探讨一些常用的抑制fpn固定模式噪声的方法。
首先，校正方法是用于消除fpn噪声的常用方法之一。
该方法通过在图像采集过程中对传感器的每个像素进行校正，从而减小fpn固定模式噪声的影响。
校正可以通过两个步骤来实现：首先，通过采集一组参考图像来测量fpn固定模式噪声的模式；然后，在实际图像采集过程中，使用这些模式来抵消fpn 固定模式噪声。
其次，图像处理技术如均值滤波和中值滤波也可以有效地抑制fpn固定模式噪声。
这些技术通过在图像中应用滤波算法来减少fpn 噪声的影响。
最后，增加曝光时间也可以减小fpn固定模式噪声的影响。
通过增加曝光时间，可以增加图像中的信号量，从而减小fpn噪声的相对影响。
在总结部分，我们回顾了fpn固定模式噪声的原理及其产生的原因，并讨论了一些常用的抑制fpn噪声的方法。
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非制冷红外焦平面探测器固定图形噪声研究雷述宇;陶禹;杨妮;方辉;谭果【摘要】As the definition of fixed pattern noise (FPN)in the national standard GB/T1 7444 -201 3 can′t evaluate imaging quality of infrared image,it is proposed that the residue after non -uniformity correction (NUC)is the main factor for the imaging quality.A novel NUC method which adapts with the ambient temperature was introduced and compared with the typical two -point correction.The FPN were separated through the temporal filtering and wavelet transform of the signal voltage after the correction.The measurement and calculating method of FPN were given.An experiment was carried out to determine how to select the calibration temperature to minimize the FPN in a specified temperature range.Then four images obtained from 4 different gain correction coefficients matrixof the same target were compared.The comparison results prove the consistency between the image quality and the FPN curves,which verifies that the new definition of FPN can accurately evaluate the imaging quality.%针对国标 GB ／T17444－2013中对红外焦平面阵列（Infrared Focal Arrays，IRFPA）固定图形噪声定义不能直接反映成像画面质量的问题，指出 IRFPA 在实际成像时要先经过非均匀性校正，校正残留才是影响成像质量的主要因素。
本文先介绍了典型的两点校正方法，基于典型两点校正提出随环境温度实时更新的两点校正公式。
通过对校正后的探测器输出通过时域滤波和小波变换分离出了固定图形噪声（FPN），给出了 FPN 的测试和计算方法。
讨论了如何选择定标温度点来计算增益校正系数使得 FPN 值在指定的温度范围最小。
通过对比4个增益校正阵列各个温度点下的 FPN 曲线，并结合同一参考目标的成像画面，验证了本文提出的FPN 值能够准确反应成像画面质量。
【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P58-62)【关键词】IRFPA;空间噪声;FPN;两点校正【作者】雷述宇;陶禹;杨妮;方辉;谭果【作者单位】北方广微科技有限公司，北京 100089;263961 部队，北京 100012;北方广微科技有限公司，北京 100089;北方广微科技有限公司，北京 100089;北方广微科技有限公司，北京 100089【正文语种】中文【中图分类】TN248.1非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Arrays，Uncooled-IRFPA)探测器作为第三代低成本红外探测器[1]，它的出现进一步拓宽了红外传感器的应用领域，从最初的军事应用逐渐扩展到了包括工业测控、医疗检测、防火防灾等在内的更为广阔的民用领域。
不同的应用场合，对探测器的性能指标要求不同，但固定图形噪声(Fixed Pattern Noise，FPN)作为影响成像质量的重要因素，受到不同程度的关注。
国内对IRFPA的固定图形噪声(FPN)定义在国标GB/T17444-2013中有表述，其内容是：红外焦平面在均匀辐照条件下，各有效像元输出电压的均方根偏差[2]计算公式如下：GB/T17444-2013中对FPN的定义是基于探测器本身，并未对成像画面的噪声做出定性或定量表述。
在实际的成像系统中，实时成像之前都要对探测器的输出做非均匀性校正(Non-Uniformity Correction，NUC)，校正后的信号再通过显示设备转换成最后的画面信息[3]。
因此，要衡量实际探测器的成像质量，简单应用GB/T17444-2013中的定义是不准确的，画面中的噪声其本质是非均匀校正后的残留，这种残留才是影响成像质量的关键。
目前国内还没有一个统一的对非均匀性残留定义和度量方法，因此本文提出了一种针对非均匀校正后残留噪声的计算和量化方法：通过分时域滤波确定FPN，并通过小波变换分离出FPN的高、低频分量，最后证明通过小波变换后的高频分量是影响成像分辨率的主要因素。
焦平面器件应用至今同，国际上已经提出了多种非均匀均匀性校正的方法，其中有的已经应用，有的正在理论探索和实验室研究阶段[4]。
现有非均匀性校正算法有基于参考源的定标类校正算法(Caliberation-Based NUC,CBNUC)和基于场景自适应校正算法(Scene-Based NUC,SBNUC)。
CBNUC通过辐射定标获得增益和偏置参数对IRFPA进行校正，其典型通用方法是两点校正法，由于该方法原理简单，计算量小，因而实时性好，硬件中更易实现，现已被广泛应用在实时成像系统中。
SBNUC利用探测器相应模型和图像帧间关系，根据场景信息动态更新校正参数，有效解决时间积累或工作环境带来的时间漂移，实现动态实时非均匀性校正[5]。
2.1 传统两点校正算法两点校正方法假设探测器阵列的所有像元在关注的温度范围内的响应曲线是线性的，如式(2)所示：从式(2)模型可以看出，探测元之间的非均匀性主要是探测元线性关系的斜率和截距之间的差异，两点校正就是对这两个变量进行校正。
实际应用时的定标方法是：选用黑体作为探测器目标，黑体温度代替辐照度作为定标参考(假设黑体温度和黑体辐照度等价)，分别选用两个黑体温度TH和TL作为定标温度，测量TH和TL对应的响应电压输出VH和VL，对第(i,j)个像元根据式(2)列方程：将TH和TL下所有像元输出归一化到阵列均值，得到式(5)和(6)：和分别代表像元输出阵列均值，通过联立式(5)和式(6)可以得到得到增益校正系数Gi,j和偏移校正系数Oi,j：则黑体温度为T时，单个像元的校正公式可表示为[7]：2.2 随环境温度实时更新的两点校正在实际成像时，探测器像元的响应输出V(i,j)会随着环境温度和机芯电路的发热而发生漂移，由式(8)得出的偏移校正系数将会不适用，对此，本文提出了实时更新的偏移校正量来代替式(8)的Oi,j，实时更新的像元校正公式：对比公式(9)，公式(10)用挡片校正输出Bi,j替代偏移校正系数Oi,j，Bi,j可通过成像系统指令实时更新，减少了因焦平面阵列输出漂移导致的偏移校正误差。
以上的讨论都是基于目标温度可以精确反映探测器的辐照度的假设，然而事实上，目标的红外辐射率与其温度的关系式为[8]：在一定的辐射率范围内，可认为像元电压输出与目标辐射率成线性关系，公式(12)给出了定标温度和像元输出电压的比例关系：图1是当目标红外波长为8～14 μm时，像元输出电压与温度的变化曲线，可以看到在目标温度在220～360 K范围变化时，像元电压输出已呈非线性趋势。
因此，无论是采用以上哪种校正方法，都无法完全抵消掉像元的非线性部分。
而未抵消的部分才是影响成像质量的关键。
2.3 固定图形噪声FPN不同红外成像系统其噪声差异很大，而同一红外成像系统其各个噪声分量有不同的变现方式[9]。
探测器的输出非线性是导致校正残留的根本原因，这种非线性残留最终以成像画面噪声的形式出现。
这种噪声按照在像元间分布情况可分为空域噪声和时域噪声[8]；其中空域噪声在画面上保持固定位置不变，通常又将这种噪声称为固定图形噪声(Fixed Pattern Noise,FPN)。
时域噪声又称为随机噪声，随着时间的推移画面噪声位置坐标会发生变化。
其中FPN噪声对图像质量的影响远大于随机噪声对图像的影响，所以定量研究FPN可以准确地评估成像质量。
对于校正后的焦平面输出，可以通过时域滤波的思想分离出空域噪声和时域噪声，通过滤波后的成像画面上的噪声将是固定或渐变的，可认为这就是我们要研究的FPN。
对滤波后的焦平面输出电压再做1级小波变换，可以分离出阵列电压的高频分量和低频分量，如图2所示。
由图2可以看到，低频分量的差异是整个画面明暗感的变化，不影响整个画面的分辨率。
而高频分量的大小直接影响到探测器的分辨率，噪声越大，目标中的更多细节将会‘淹没’在噪声中，导致探测器分辨率下降。
从机理上分析，低频成分主要是由镜头成像时的锅盖效应引起，高频分量则是像元非均匀校正残留。
采用感应像元为Vox的Uncooled-IRFPA，目标选用5～75℃的8个黑体温度，采集每个温度点的若干帧Vo，选用Vo_35和Vo_45(35℃和45℃黑体温度下的Vo输出)作为高、低温定标电压，根据式(7)计算出增益校正矩阵G3545，并采用30℃时的Vo做偏压校正矩阵B,根据公式(10)计算出每个黑体温度点下的校正矩阵Yi,j′，再通过时域滤波和小波变换分离出每个Yi,j′的Yi,j′_H(高频分量)和Yi,j′_L(低频分量)，分别对应高频FPN和低频FPN，最后根据式(13)计算每个温度点下的高频FPN值：因像元随温度变化的非线性，所以不同定标温度得出的增益校正矩阵不同，在相同条件下，如何选取定标温度TH和TL，使得校正后的焦平面阵列空间噪声最小？根据3中的实验数据，按照高低温温差大小做温度定标，则TH-TL依次为：5～75 ℃、15～65 ℃、25～55 ℃和35～45 ℃，选用四组高低温组合对应的VL-VH输出，并根据公式(7)计算每组定标温度下对应的增益校正矩阵G575、G1565、G2555和G3545。
并通过公式(13)计算不同增益矩阵对应各个温度点下的FPN值，结果如图3所示。
图3可以看到，校正时选用30℃下的Vo输出做O矩阵(offset校正)，且FPN随着|Vo-O|的增大而增大。