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 读出电路是红外焦平面阵列当中的十分重要的环节。对于周围物体的黑体辐射，被测物体的辐射信号相当微小，电流大小为纳安或者是皮安级，要把这么小的信号读出可不是一件容易的事，尤其这种小信号很易受到其它噪声的干扰，因此，选择和设计电路就成为特别重要的方面。
1、自积分型读出电路（SI ROIC）
在所有读出电路结构中，自积分（SI）电路（图3）最为简单，仅有一个 MOS 开关元件，其象元面积可以做得很小。在 SI 电路中，光生电流（或电荷）直接在与探测器并联的电容上积分，然后通过多路传输器输出积分信号。此读出电路的输出信号通常是取其电荷而非电压，其后接电荷放大器，在每帧结束时需由象元外的电路对积分电容进行复位。积分电容主要为探测器自身的电容，但也包括与之相连的一些杂散电容。在某些探测器中，此电容可能是非线性的（如光电二极管的结电容），随积分电荷的增加，其会造成探测器的偏置发生变化，可能引起输出信号的非线性。该电路的另一个缺点是无信号增益，易受多路传输器和列放大器的噪声干扰。
2、源随器型读出电路（SFD ROIC）
为了给多路传输器提供电压信号，并增加驱动能力，往往在 SI 后加缓冲放大器。实现此功能的通常方法是在每个探测器后接一MOSFET 源随器（SFD），即构成源随器型读出电路（图4）。源随器型读出电路是一种直接积分的高阻抗放大器，探测器偏压由复位电平决定，故不存在探测器偏压初值不均匀的问题，但偏压会随积分时间和积分电流变化，引起探测器偏置变化。SFD电路在很低背景下具有较满意的信噪比，但在中、高背景下，与 SI 读出电路一样，其也有严重的输出信号非线性问题。复位 MOS 开关会带来 KTC 噪声，而源随器 MOS 管的 1/f 噪声和沟道热噪声也是主要的噪声源。
3、直接注入读出电路（DI ROIC）
直接注入（DI）电路（图5）是第二代探测器（即探测器阵列）使用最早的读出前置放大器之一。它首先用于 CCD 红外焦平面阵列，现也用于 CMOS 红外焦平面阵列。在此电路中，探测器电流通过注入管向积分电容充电，实现电流到电压的转换，电压增益的大小主要与积分电容的大小有关，当然也受电源电压的限制。此电路在中、高背景辐射下，注入管的跨导（gm）较大，这主要是因积分电流较大的缘故。此时，读出电路输入阻抗较低，光生电流的注入效率相对较高。在低背景下，因注入管的跨导减小，使读出电路的输入阻抗增大，会降低光生电流的注入效率。在一定的范围内，DI 电路的响应基本上是线性的。但因各象元注入管阈值电压的不均匀性，会在焦平面阵列输出信号中引入空间噪声，因而抑制焦平面阵列的空间噪声是一个非常棘手的问题。
4、反馈增强直接注入读出电路（FEDI ROIC）
反馈增强直接注入电路（FEDI）以 DI 读出电路为基础，在注入管栅极和探测器间跨接一反相放大器（图6），其目的是在低背景下，进一步降低读出电路的输入阻抗，从而提高注入效率和改善频率响应。视反馈放大器的增益不同，FEDI的最小工作光子通量范围可以比 DI 低一个或几个数量级，响应的线性范围也比 DI 的更宽。但象元的功耗和面积也随之增加了，面积的增加对现在日益发展的光刻技术并非什么大问题，但功耗的增大就很不利。
5、电流镜栅调制读出电路（CM ROIC）
电流镜栅调制电路（CM）可使读出电路在更高的背景辐射条件下工作（图7）。通常，读出电路的积分电容是在象元电路内，因受面积的限制，故不可能做得很大。在高背景的应用中，很大的背景辐射电流可使积分电容电压很快地处于饱和状态，从而使读出电路失去探测信号的功能。CM 读出电路可避免这种情况的发生，这种电路的电流增益与探测器输出电流的平方根成反比例关系，即随探测器输出电流的增大，电流增益自动减小。但是，CM 电路不能为探测器提供稳定和均匀的偏置，其响应也是非线性的。因而，此读出电路的总体性能受限。 6、电阻负载栅调制读出电路（RL ROIC）
电阻负载栅极调制电路（RL）的构造思想和目的与 CM 几乎一样（图8），其效果也差不多，只是因用电阻替代了 MOS 管，可使象元 1/f 噪声更小，并提高了探测器偏压的均匀性。由于大电阻的制造与数字 CMOS 工艺是不兼容的，RL 的阻值不可能很大。此外，因电路结构的原因，当探测器电流很小时，此读出电路的均匀性和线性度都相当差。在大多数的应用中，需要对其输出增益和偏移进行校正才能获得满意的效果，故此类读出电路不见常用。
7、电容反馈跨阻抗放大器（CTIA ROIC）
CTIA 是由运放和反馈积分电容构成的一种复位积分器（图9），探测器电流在反馈电容上积分，其增益大小由积分电容确定。它可以提供很低的探测器输入阻抗和恒定的探测器偏置电压，在从很低到很高的背景范围内，都具有非常低的噪声。且输出信号的线性度也很好。此电路的功耗和芯片面积较一般的电路大，复位开关也会带来 CKT 噪声，这也许是它众多优良性能中的一点不足之处。
8、电阻反馈跨阻放大器（RTIA ROIC）
RTIA 和 CTIA 相似，只是由电阻代替了积分电容和复位开关（图10）。此电路无积分功能，故只能提供与探测器电流成比例的连续输出电压，如要提供高的输出增益，需要大的反馈电阻，但大的电阻占用芯片面积大，且不适宜数字 CMOS 工艺。因此，读出电路阵列几乎不用此电路结构。
以上是八种典型读出电路的性能和特点，可根据不同的应用和性能需求进行选用。当然，其中某些性能参数也不是一成不变的，可随工艺水平的发展而变化，如单元面积和成本会随集成电路工艺的进步而得到缓解。最后要指出的是，这些基本电路形式通过某些变化和组合可衍生出新的性能更好的读出电路。
四、国内外发展状况简述
我国非致冷焦平面阵列技术已初步取得进展。1995年，中国科学院长春光学精密机械研究所利用微机械加工技术研制成功了低成本线阵32×128象元硅微测热辐射计阵列，其噪声等效温差（NETD）为0.3K，存储时间为1ms。而由中国科学院上海技术物理研究所承担的钛酸锶钡铁电薄膜材料研究项目已于2000年12月通过中国科学院上海分院鉴定[8] 。该项目采用新工艺制备的BaxSr1-xTiO3铁电薄膜材料性能达到国际领先水平。1987年，美国TI公司演示的第一代非致冷热释电探测器所使用的就是这种铁电薄膜材料。这些研究成果表明，我国的非致冷热成像技术还有很大的潜力。
目前，我国在非致冷红外热成像方面的研究主要集中在部分高等院校和研究院所。这些研究单位主要进行探测器阵列及其工艺的研究。而众多的经营非致冷红外热像仪的公司大部分只停留在制作一些外围设备和开发一些软件的业务上。
在美国、法国和英国等发达国家，单色红外焦平面器件的技术已经基本成熟，以 288×4 长波和
256×256中波为代表的焦平面器件已基本取代了多元光导线列通用组件。256×256 元碲镉汞焦平面探测器已经装备美国AGM-130 空对地导弹，320×256 元碲镉汞焦平面探测器在欧洲 Storm Shadow/Scalp E-G
空对地巡航导弹上开始应用，256×256 元 InSb 焦平面装备了以色列箭-2 反导系统及美国标准Ⅱ-ⅣA 导弹，640×512 元 InSb 美国战区高空区域防御系统拦截弹(THAAD)；640×480 元 InSb 热成像仪则装备了 F-22、V-22、F18-E/F 等战机。
在上个世纪 90 年代中期，发展多色焦平面列阵（MSFPAs）的概念得到了美军方的高度重视，其投入大量资金开展 MSFPAs 技术研究，预计到 2010 年，新型大规模焦平面列阵 MSFPAs 将成为美军提高信息获取能力的主要手段之一。
在向更大规模的凝视型面阵焦平面探测器、双色探测器发展的历程中，长波器件已达到 640×480 元的规模，中、短波器件达到了 2048×2048 的规模，长线阵的扫描型焦平面因其在空间对地观测方面的需求受到了高度地重视。美国预警卫星采用了 6000 元的超长线列双色中、短波焦平面器件，美国大气红外深度探测仪采用了 4000元长波扫描焦平面器件[9]，法国的 SPOT4 卫星采用了 3000 元的短波扫描焦平面器件。法国 Sofradir 公司研制成了 1500 元长线列中长波焦平面器件[10]。2000 年， Raytheon/Hughes
基于配准的红外焦平面阵列条纹非均匀性校正
第３０卷第６期 ２０１１年１２月 红外与毫米波学报 Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１１ 文章编号：１００１—９０１４（２０１１）０６—０４９９—０５ 基于配准的红外焦平面阵列条纹非均匀性校正 任建乐， 陈钱， 钱惟贤 （南京理工大学近程高速目标探测技术国防重点学科实验室，江苏南京２１００９４） 摘要：条纹非均匀性是线扫红外焦平面阵列和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像系统中一种特殊的固定图案噪 声．分析了其产生的原因，提出了一种基于亮度恒定假设和配准的条纹非均匀性校正算法．根据相邻两帧获得亮度 均方误差函数，最后通过最小化全局亮度均方误差函数得到全局最优解作为非均匀性校正的参数．实验结果表明， 该算法能够在几帧内达到较好的收敛，且计算简单，有效提高了条纹非均匀性的校正效果． 关键词：红外焦平面阵列；条纹非均匀性校正；亮度恒定；配准； 中图分类号：ＴＮ９１１．７３ 文献标识码：Ａ Ｓｔｒｉｐｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ－ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ ＲＥＮ Ｊｉａｎ－Ｌｅ， ＣＨＥＮ Ｑｉａｎ， ＱＩＡＮ Ｗｅｉ－Ｘｉａｎ （Ｍｉｎｉｓｔｅｒｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ＪＧＭＴ，Ｎａｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔｒｉｐｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｔｙｐｉｃａｌ ｆｉｘｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ｌｉｎｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ（ＩＲ—ＦＰＡ）ａｎｄ ａｎ— ｃｏｏｌｅｄ ｓｔａｒｉｎｇ ＩＲ－ＦＰＡ．Ｉｔｓ ｏｒｉｇｉｎａｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ ｓｔｒｉｐｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｃｏｎ－ ｓｔａｎｃｙ ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｅａｎ－ｓｑｕａｒｅ ｅｒｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｄｊａｃｅｎｔ ｆｌａｍｅｓ．Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｎｉｑｕｅ ｇｌｏｂａｌ ｏｐｔｉｍｕｍ ｂｙ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｎｃ— ｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｕｌｄ ａｃｈｉｅｖｅ ａ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ￣ａｍｅｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｓｔｒｉｐｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｒ￣ｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ（ＩＲＦＰＡ）；ｓｔｒｉｐｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｃｏｎｓｔａｎｃｙ；ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ＰＡＣＳ：４２．３０．Ｗｂ 引言 受材料、工艺水平等因素的限制，红外焦平面阵 列（ＩＲＦＰＡ）的每个探测元的响应度不完全一致，在 图像上表现为固定图像噪声（ＦＰＮ），即非均匀性 （ＮＵ） 引．列向条纹非均匀性作为一种特殊的非均 匀性，在线扫和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像 系统中尤为突出．ＩＲＦＰＡ非均匀性校正的算法分为 基于定标的非均匀性校正技术和基于场景的非均匀 性校正技术．后者能够实时更新红外成像系统非均 匀性校正参数，且具有自适应校正的优点，为国内外 非均匀性研究热点 ． Ｈａｒｒｉｓ和Ｃｈｉａｎｇ提出了恒定统计约束非均匀性 校正算法 ，Ｓｃｒｉｂｎｅｒ等人提出了基于神经网络的 非均匀性校正算法 引，Ｈａｒｄｉｅ等人提出了基于配准 类的非均匀性校正算法 Ｊ．近几年来，针对条纹非 均匀性，Ｈ．Ｓｈｅｎ等人提出了基于离散傅里叶变换 的低通滤波校正方法【 ，Ｚ．Ｙａｎｇ和Ｊ．Ｌｉ等人提出 了基于小波变换的尺度和方向特性的去条纹算 法 Ｊ，钱等人提出了基于边缘灰度级共生矩阵的条 纹非均匀性校正方法ｕ９ Ｊ，此方法通过构造梯度能量 非线性方程，能够在单帧内去除非均匀性，但容易残 留低频噪声． 在分析了其它非均匀性校正算法（一元线性时 不变响应模型 （ｉ√）＝Ｇ （ｉ，ｊ）Ｘ （ ， ）＋０ （ｉ， ）， Ｇ （ｉ，Ｊ）是像元增益系数，Ｏ （ｉ， ）是像元偏置系数， （ｉ，Ｊ）是红外辐射， （ｉ， ）是观测响应输出值）的 基础上，通过相邻两帧相同场景亮度恒定不变的假 收稿日期：２０１１—０１－０５，修回日期：２０１１—０６—２４ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１１—０１—０５，ｒｅｖｉｓｅｄ ｄａｔｅ：２０１ｌ－Ｏ６—２４ 基金项目：国家自然科学基金（６１１０１１９９）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１１６９９）；江苏省博士后科研资助计划项目（１ｌ０１０８１Ｃ） 作者简介：任建乐（１９８７－），男，江苏南京人，博士研究生，主要从事红外图像实时处理和红外目标探测识别等方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｙｌｅｒｅｎ２０１０＠ ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ．
红外焦平面阵列非均匀性校正精度的研究
文章编号：１６７２—８７８５（２０１２）０８—００２２—０５
红外焦平面阵列非均匀性校正精度的研究
姚琴芬 顾国华 （１ｌ江苏广播电视大学，江苏南京２１００３６；
２．南京理工大学，江苏南京２１００９４）
摘 要：定标校正法是目前人们实际使用较多的一种红外焦平面阵列非均匀性校正方 法。该方法采用的算法简单，易于用硬件实时实现，但也存在校正精度低的缺点，针
对这一不足，首先通过实验得到了红外焦平面探测器的实际非线性响应曲线，然后在
此基础上进一步分析了定标点的数量及选取对红外焦平面阵列非均匀性校正精度的影
响，为提高定标校正法的校正精度提供了依据。
关键词：红外焦平面阵列；非均匀性；校正精度
中图分类号：ＴＮ９１１．７３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—８７８５．２０１２．０８．００４
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ＩＲＦＰＡ
ＹＡＯ Ｑｉｎ—ｆｅｎ ．ＧＵ Ｇｕｏ—ｈｕａ。 ｒＩ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｒａｄｉｏ＆Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ ００３６．Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｎｄｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｄｍｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｎｏｎｕｎｉ— ｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ（ＩＲＦＰＡ）ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｈａｒｄｗａｒｅ ｅａｓｉｌｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｏｆ ｌｏｗ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ．ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ａｎ ＩＲＦＰＡ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉＳ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ． Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＩＲＦＰＡ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｈａｓ ｌａｉｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．
红外焦平面阵列数据采集系统的设计
２０１ １年第３期 安徽电子信息职业技术学院学报 Ｎｏ．３ ２０１ １ 第１Ｏ卷（总第５４期）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＡＮＨＵＩ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．５４ Ｖｏ１．１０
［文章编号】１ ６７ １—８０２Ｘ（２０１ １）０３—０００１—０４
红外焦平面阵列数据采集系统的设计
余志勇
（中国电子科技集团公司第４ｌ研究所，安徽蚌埠２３３００６）
［摘要］根据红外焦平面阵列读出电路的特点，设计和实现了一种红外焦平面阵列数据采集系统。该 测试系统能完全满足５１２ｘ５１２以上红外焦平面阵列性能测试需求。最后给出了数据采集系统几个关键指标 的测试结果和改进方法。 ［关键词］红外焦平面阵列；数据采集；噪声；相关双采样
［中图分类号］ＴＮ２１９ ［文献标识码］Ｂ
１ 引言 红外焦平面阵列性能参数及数据统计特征是进
行红外成像图像处理的重要依据，图像处理算法的
效果除了与算法本身有一定关系外，还与图像的数
据特征直接相关。因此，红外焦平面阵列器件性能参 数测试，对于器件设计制造者和热成像系统的设计
者来说都有着非常重要的指导意义。
红外焦平面阵列数据采集系统是红外焦平面阵 列研制、开发、应用、测试中的关键设备之一，也是红
外焦平面阵列参数测试不确定度的主要来源。由于 红外焦平面阵列数据采集系统工作的独特性，正常
工作需要帧、行、像元和ＣＤＳ同步触发信号，利用普
通的数据采集系统无法对其进行图像采集。因此，根 据红外焦平面阵列数据采集特点，设计出一种可调
相关双取样脉冲延和宽度形成控制的相关双采样数
据采集系统。 ２系统设计方案
数据采集系统主要由信号调理部分、像素偏移
补偿部分、直流电平偏移调整部分、可变增益控制部 分（分为低频增益和高频增益两个部分）、信号混合
处理部分、滤波器选择控制部分、相关双取样电路及
基于中值滤波的红外焦平面阵列非均匀性神经网络校正
文章编号ｔ １６７２—８７８５（２０１０）０８－００１４１０５
基于中值滤波的红外焦平面阵列
非均匀性神经网络校正
吴传玺 代少升
（重庆邮电大学通信与信息工程学院信号处理与片上系统研究所，重庆４０００６５）
摘 要：传统的神经网络校正算法存在收敛速度慢和校正精度低的缺点。当背景噪声
较大时，它更难以获得令人满意的校正效果。针对其不足之处，提出一种基于中值滤波 的红外焦平面阵列（ＩＲＦＰＡ）非均匀性神经网络校正算法。该算法首先利用中值滤波对
强噪声进行预处理，在此基础上采用改进的神经网络校正算法对ＩＲＦＰＡ非均匀性进行
自适应校正。实验结果表明，该算法与传统的神经网络方法相比具有收敛速度快和校
正精度高等特点，并且使图像的峰值信噪比至少提高了１０ｄＢ。
关键词：中值滤波；红外焦平面；非均匀性校正；神经网络
中图分类号：ＴＮ２１５ 文献标识码： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—８７８５．２０１０．０８．００４
Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ
ＩＲＦＰＡ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｅｄｉａｎ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ
ＷＵ Ｃｈｕａｎ－ｘｉ．ＤＡｌ Ｓｈａｏ－ｓｈｅｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ Ｃ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｌｏｗｅｒ ｃｏｎｖｅｒ－ ｇｅｎｃｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｊ ｉｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｄｉｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｗｈｅｎ ｈｉｇｈ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ，ａ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ａｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ（ＩＲＦＰＡ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｅｄｉａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｍｅｄｉａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｓ ｆｉｒｓｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＩＲＦＰＡ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈｅｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ １０ｄＢ ａｔ ｌｅａｓｔ．
基于三维集成的红外焦平面阵列技术
第３３卷第２期 ２０１３年６月 光 电 子 技 术 ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２０１３
动态综述 、 基于三维集成的红外焦平面阵列技术
鲁文高 ，张 敏 ，王冠男 ，朱韫晖 ，金玉丰
（１．北京大学微米／纳米加工技术国家级重点实验室，北京１００８７１；２．南京电子器件研究所，南京２１００１６）
摘要：随着像素单元越来越小、阵列规模越来越大、帧频越来越快，传统的ＩＲＦＰＡ面临很大的
集成技术发展瓶颈。基于三维集成的红外焦平面阵列（３Ｄ—ＩＲＦＰＡ）通过堆叠芯片集成了Ａ／Ｄ转换器、
数字信号处理器、存储器等模块，可突破像元面积、阵列规模、帧频等瓶颈，实现探测器更强大的功能 和更高的性能。本文介绍了３Ｄ—ＩＲＦＰＡ技术的结构原理、优势、面ｌ｝缶的挑战，以及最新技术进展。
关键词：红外焦平面阵列；３维集成；硅通孔；模数转换器；非均匀性校正 中图分类号：ＴＮ２１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—４８８Ｘ（２０１３）０２—００７３—０５
３Ｄ－ＩＲＦＰＡ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｌｕ Ｗｅｎｇａｏ ，Ｚｈａｎｇ Ｍｉｎ。，Ｗａｎｇ Ｇｕａｎｎａｎ ，Ｚｈｕ Ｙｕｎｈｕｉ ，Ｊｉｎ Ｙｕｆｅｎｇ （１．Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｏｎ Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００８ ７ １，ＣＨＮ；
２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｔｈｅ ｐｉｘｅｌ ａｒｅａ ｉｓ ｓｍａｌｌｅｒ，ｔｈｅ ａｒｒａｙ ｓｉｚｅ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ，
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＩＲＦＰＡ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔａｃｋｉｎｇ
光学读出热成像焦平面阵列的制作技术
第36卷，增刊红外与激光工程狮年9月1Vr01．36Supplement1116盈I_edandL．aserEngiIloefingS印．2(Xy7
光学读出热成像焦平面阵列的制作技术
冯飞，李珂，杨广立，闰许，熊斌，王跃林
(中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050)摘要：光学读出热成像是一种新型的红外成像技术，它基于双材料效应和光学原理实现像转换与像增强，具有高性价比的潜在优势。光学读出热成像焦平面阵列由可动微镜阵列构成，其制作技术是光学读出热成像技术的重要研究内容之一。目前，国内外的研究者已发展了基于表面微机械、一体微机械以及表面，体微机械工艺的3种制作技术，前两者各有优缺点，而基于表面／体硅微机械工艺的制作技术则兼顾了前两者的优点。关键词：光学读出热成像；焦平面阵列；微机械工艺中圈分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(探测与制导)．0483—04
FabricationtechnologyofopticaUyreadablethermalimagingfocalplanearrayFENGFei，UKe，YANGGu粗g—li，YANXu，ⅪoNGBiIl，W蝌GYue—lin(Sh鲫ghaiIIlstitIIteofMicmsystcm柚dInfomlati叽慨hnology．(耻∞∞Acadcmy0fSci∞ccs，Sh锄ghai200050，Chilla)Abstract：Opticallyreamblememalimaging，anoVelin缸aredimagiIIgtecllIlologybasedonbilllaterialef!I’ectandopticalprinciple，haspotentialrneritofllighpeIfbnnancepriceratio．opticallyreadabletlle呻alimagingfocalplalleanray(oR一Ⅱ一H'A)consistsofmoVablernicroⅡlin．or蝴y．’nlefabric撕ontechnologyofOR—TI—FPlAisoneoftlleimpommtresearchsubjects．NowthI’eefal试caliontccllllologiesofOR—TI—FPA，wllicharebasedonsumlcernjcromachiIling，bulkmicromachining卸ds疵饥ull(IIlicmmacllillingprocess，haVebeendeVeloped．ThefomertwotechnologieshaVet11eirmeritsaIlddisadVan住唱es，aIldtllelattercombinestllemeritsofthefo加ertwo．Key啪rds：opticallyreadableme衄alimag她；FocalplaIlearray；Micromacllillingprocess
红外焦平面阵列探测器盲元检测算法研究
６笋３３卷第４期 ２０ｌ１年４月 红外技术 Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｂｌ－３３ ＮＯ．４ Ａｐｒ．２０１１
红外焦平面阵列探测器盲元检测算法研究
白俊奇，蒋怡亮，赵春光，赵敏燕
（中国电子科技集团第二十八研究所，江苏南京２１０００７）
摘要：受材料、制造工艺等因素的影响，红外焦平面阵列探测器均存在一定数量的盲元。在分析探测
单元响应特性的基础上，提出一新的盲元检测算法。通过调节探测单元响应的显示动态范围，利用设
定阈值完成盲元检测。实验表明，算法不受盲元簇大小的影响，查找速度快、定位准确率高，有效提
高了图像质量。
关键词：红外焦平面阵列；探测单元响应；盲元检测
中图分类号：ＴＮ９１ １．７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—８８９１（２０１ １）０４．０３．０２３３
Ｂｌｉｎｄ－ｐｉｘｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
ＢＡＩ Ｊｕｎ—ｑｉ，ＪＩＡＮＧ Ｙｉ—ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｃｈｕｎ－ｇｕａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｍｉｎ—ｙａｎ
（Ｔｈｅ ２８ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２ １ ０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ－Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ １ｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｂｌｉｎｄ—ｐｉｘｅｌｓ ｅｘｉｓｔ ｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ（ＩＲＦＰＡ）ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ａ ｎｅｗ
ｂｌｉｎｄ—ｐｉｘｅｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅ
量子点红外探测器及焦平面阵列的研究进展
第３３卷第２期 ２０１１年２月 红外技术 Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 、，０１．３３ ＮＯ．２ Ｆｅｂ．２Ｏｌ１
量子点红外探测器及焦平面阵列的研究进展
邓功荣，史衍丽 ，余连杰，何雯瑾
（昆明物理研究所，云南昆明６５０２２３）
摘要：量子点红外探测器（ＱＤＩＰ）理论上具有对垂直入射光敏感、暗电流小、载流子寿命长、工作
温度和响应率高等优势。目前，研究主要集中在普通量子点红外探测器、阱中点红外探测器
（ＤＷＥＬＬ—ＱＤＩＰ）、隧穿量子点红外探测器（Ｔ－ＱＤＩＰ）、Ｓｉ／Ｇｅ量子点红外探测器、二维小孔阵列红外
探测器（２ＤＨＡ—ＱＤＩＰ），国外报道了６４０Ｘ５１２量子点红外焦平面阵列的热成像，但现有的ＱＤＩＰ还未
充分显现出其潜在优势。阐述了正在研究的几种ＱＤＩＰ和未来技术发展的趋势。
关键词：量子点红外探测器（ＱＤＩＰ）；焦平面阵列；阱中点ＱＤＩＰ；隧穿ＱＤＩＰ；二维小孔阵列ＱＤＩＰ
中图分类号：ＴＮ２１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—８８９１（２０１１）０２—００７０—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｑｕａｎｔｕｍ—ｄｏｔ ＩＲ Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ ＦＰＡｓ
ＤＥＮＧ Ｇｏｎｇ—ｒｏｎｇ，ＳＨＩ Ｙａｎ．１ｉ ，ＹＵ Ｌｉａｎ－ｊｉｅ，ＨＥ Ｗｅｎ－ｊｉｎ
（Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｙｕｎｎａｎ Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ（ＱＤＩＰｓ）ｈａｖｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ
ｐｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒ ａ ｎｏｒｍａｌ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ，ｌｏｗｅｒ ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｌｏｎｇｅｒ ｃａｒｒｉｅｒ ｌｉｆｅｔｉｍｅ，ｈｉｇｈｅｒ ｗｏｒｋｉｎｇ
384×288非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计
第４１卷第２期 Ｖｏ１．４１ ＮＯ．２ 红外与激光工程 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年２月 Ｆｅｂ．２０１２
３８４ｘ２８８非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计
谭钦红，任其干，吴传玺，万志卫
（重庆邮电大学信号处理与片上系统实验室，重庆４０００６５）
摘 要：在分析了法国ＵＬＩＳ公司的３８４ｘ２８８元的长波红外非制冷微测辐射热计ＵＬ０３１９１结构、性
能及工作参数的基础上，针对该探测器数字与模拟两种输出模式设计了基于ＣＰＬＤ驱动电路。通过使
用所设计电路采集黑体辐射的光信号转换成ｌ２位灰度图像来测试电路工作性能、成像质量和噪声特
点，比较两种模式的测试结果，得出采用数字输出模式设计的电路具有体积小、功耗低及成像噪声小
等特点。同时，设计了基于ＡＤＮ８８３０单芯片热电制冷器控制器的温度控制系统，该系统设置电压由
ＣＰＬＤ控制，可实现焦平面阵列根据环境温度变化采用不同工作温度点工作，从而较好的改善探测器
工作性能和成像质量，降低探测器功耗。
关键词：非制冷红外焦平面阵列； 驱动电路； 热电制冷器； 偏置电压
中图分类号：ＴＮ２１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—２２７６（２０１２）０２—０３１５—０５
Ｏ ｑ＂Ｉ１￣ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｔ￣ｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ３８４ｘ２８８ ＵＦＰＡｅｓｉｌ￣ｎ ｒｌｖｌｎ￣ｃｉｒｃＵｉｔ Ｉ－０ｒ ４ ２ Ｕ Ｉｔ＂Ａ
Ｔａｎ Ｑｉｎｈｏｎｇ，Ｒｅｎ Ｑｉｇａｎ，Ｗｕ Ｃｈｕａｎｘｉ，Ｗａｎ Ｚｈｉｗｅｉ
（Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ＳＯＣ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＵＬ０３１９１，
非制冷红外焦平面阵列器件驱动电路的研究
第２９；巷’－ 第６期 ｉｉｊ ｉ Ｉ 。 红 Ｊ外 ＿
文章编号：１６７２—８７８５（２００８）０６－００００－０４
非制冷红外焦平面阵列器件驱动电路的研究
秦文罡 让 星 高爱华
（西安工业大学光电工程学院，陕西西安７１００３２）
摘 要：分析了电路噪声、电压波动和温度变化等对红外焦平面阵列探测器的工作状
态和器件成像品质的影响，论述了设计驱动电路的必要性。在此基础上，设计了非制
冷红外焦平面阵列器件的驱动电路，该电路由三个功能模块构成，分别是直流偏置电
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０．０５℃，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
中图分类号：ＴＮ７８６ 文献标识码： Ａ
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｒｉｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ Ｕｎｃｏｏｌｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ
ＱＩＮ Ｗｅｎ—ｇａｎｇ，ＲＡＮＧ Ｘｉｎｇ，ＧＡＯ Ａｉ—ｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１ ００３２，ＣｈｉｎａＪ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ ｎｏｉｓｅ，ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ
ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ａｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｗｏｒｋ，ａ ｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ａ ｕｎｃｏｏｌｅｄ