红外焦平面阵列器件在国外发展比较早,其中美国、法国和英国在这一领域的研究成果较其他国家发展的较好。红外图像的非均匀性是指探测器阵列的响应输出不一致,此定义简单但却能反映出非均匀性的本质。有很多原因引起红外图像的非均匀性,例如温度变化、光学系统本身和外界环境变化,但是我们却很难从中分辨出来具体是什么原因造成的。此外,像素到像素的波动可以归因于一些如1 / f噪声检测器和相应的读出电路(ROIC)的相关因素,和检测器的增益的光子通量入射到其上的非线性依赖性[4]。所有这些因素导致在时间和空间上的非均匀性的红外焦平面阵列,从而明显降低图像质量。同时,空间的不均匀性在慢慢波动是由于在焦平面阵列(FPA)的温度变化的时间波动,不稳定的偏置电压,改变场景的照度。这种时间漂移是表现在,获取的图像在一个缓慢变化的模式叠加在红外图像的形式,它减少了红外焦平面阵列的分辨能力。基于场景的技术通常使用图像序列和依靠现场参数,如实际场景中的运动或变化。然而,这些算法不提供所需的辐射精度也难以实现实时的。有人提出了用于校准基于探测器的积分时间变化的传感器的非均匀性的一种新方法。传感器的输出在不同的积分时间与暴露的均匀光源,如天空背景传感器,非均匀性校正采用两点定标方法。使用黑体源获得目标导致了相同的辐射校准输出,但却伴随着更好的现场升级,在所有的环境条件下从而导致类似的输出。27678
目前,国际上花了大把的财力和人力在超晶格材料上,超晶格HgCdTe有可能成为性能更优良的长波红外探测器。国外的军事部门对红外图像的非均匀性最先关注,在七十年代的时候,国外就研究了红外图像的非均匀性,并且发表了相关的论文。直到现在,已经出现多种红外图像的非均匀性校正方法,这些非均匀性校正方法并不是都可以投入使用,有些只是初步的想法,所以方法还不够成熟,有些经过试验证明,可以进一步发展到实际应用中去。涉及到的方面有:CCD传感器技术、模拟电路、半导体理论等领域。最常见的基于定标技术是利用黑体两点校准方法。在该方法中,热成像系统的正常运行中断相机图像均匀校准的目标在两个不同的和已知的温度之间。每个探测器的增益和偏移进行校准的阵列,所有的检测器产生一个辐射精确和均匀的双参考温度读数。然而,这种方法有其自身的局限性,一旦校准,在所有环境条件下它不会导致统一输出。论文网
由于红外探测器的应用越来越广,制约着红外探测器的性能,为了提高红外探测器的输出质量,各国的人才都在试图找出解决的办法,目前,国内国外有大概两种方法:一是基于定标的校正方法,二是基于场景的校正方法,第一种方法硬件方面比较简单,但是它无法到补偿非均匀性随时间漂移,所以,现在大家多用基于场景的校正方法,结果表明,该方法对增益和偏移的校正效果较好,重要的是这种方法消除了其他方法所带来的虚像的问题,而且,它不需要参考源,校正自适应能力相对较强。但是,它也存在着缺点,与两点定标校正法相比它的算法较复杂,硬件实现比较麻烦,如果下一步能找出好的改进方法使得它更加实用就更好了。第一种基于定标的校正算法,使用灵活多变,运算速度比较快,实时性也比较强,重要的是,硬件相对易于实现。
红外图像的非均匀性又很多的因素造成,例如,光学系统、温度的变化以及1/f噪声等,在某段时间,造成红外图像非均匀性最主要的因素是固有图像的空间噪声,这部分噪声比较难去除,空间噪声形成的最主要原因在很大程度上是校正残差的存在,一般情况下,红外图像在应用前要经过校正,即使经过了非均匀性校正,图像的成像效果也不会很完美,存在的校正后的残差会严重影响着成像的质量。由于器件在工作的时候,性能也在慢慢变差,非均匀性也会越来越严重,因此,我们要对红外图像进行实时校正,以达到完美的输出效果。这就要用到上文提到的两种常用的非均匀性校正方法,不同的情景选择不同的校正方法。国外的发达国家在非均匀性校正这一方面比国内要先进很多,因此,我们还需要完善这些方法的具体做法,以达到实用阶段,投入生产。
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