基于场景动态校正的中波红外成像技术研究
发布时间：2020-11-09 17:45
红外成像技术在光电侦察与搜索、探测制导与跟踪等领域具有重要的应用。目前,红外成像系统普遍使用基于定标的方法实现非均匀性校正。为了适应漂移和场景变化,需要不断的使用挡片进行定标,这将导致图像的短暂中断,对于高速机动目标,可能会造成跟踪丢失,是一种非常严重的隐患。为此,本文开展了基于场景的非均匀性算法研究,提出了一种基于时域直方图的非均匀性校正算法。基于型号为MARS MWK508的制冷红外焦平面设计了红外成像处理电路,对所提出的方法进行了验证。非均匀性校正、盲元替代以及图像增强是红外图像处理的主要内容。所提出的基于时域直方图的非均匀性校正算法,从焦平面输入和响应的概率密度函数角度描述非均匀性,证明了概率密度函数与时域直方图之间具有等价关系,利用直方图数据存储代替直接存储图像数据,解决了大量数据的存储问题,降低了场景校正算法对硬件存储空间和存储速度的要求。采用中值滤波算法检测盲元,以标志位方式进行盲元替代避免了中断式替代的缺点。结合红外图像的直方图特性,讨论了对比度自动增强的方法。采用引导滤波高低频细节增强算法解决了红外图像输出时细节损耗的问题,增加LoG边缘算子来加权引导滤波能有效避免该算法容易产生“光晕”的缺陷。本文设计的红外成像处理电路可以完成探测器驱动、A/D信号采集、温度控制、实时信号处理等功能。设计了差分信号传输和双级滤波电路来降低板级噪声的引入,从而减小系统的噪声等效温差(NETD)。采用PID闭环温控电路使探测器的温度维持在77±0.04K精度。信号处理上设计了 4级流水线结构,该结构将非均匀性校正、盲元替换、对比度增强、细节增强功能融入一个模块,极大地简化了处理流程,保证了视频信号的实时输出。对本文设计的制冷红外成像电路进行硬件调试、性能测试。测试得到系统的NETD为31mK,成像质量高、实时性好。验证了基于时域直方图的非均匀性校正算法的可行性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN215;TP391.41
【部分图文】：
硕士学位论文?基于场景动态校正的中波红外成像技术研究??１．１．３红外成像技术的应用??军事上，红外成像技术在红外制导、红外目标的跟踪预警、红外观瞄、夜视侦查、??红外遥感、红外反隐身、反电子对抗等方面有着广泛的应用前景，可以获得了巨大的军??事效益。西方国家的武器装备如星、弹、机、舰、车、人等都装备了红外系统。国外第??四代空空导弹制导系统中都有基于红外探测的红外制导型号，如美国最新“响尾蛇”导弹??系列空空导弹ＡＩＭ－９Ｘ使用的新一代红外精确导引头［９３（）］，采用了?１２８ｘ１２８元的探测器，??目标辨识度高，能区分人工热辐射源和自然热辐射源。另外还有英国的阿斯拉姆、法国??的米卡、俄罗斯的Ｒ－７３、以色列的“怪蛇”、德国的伊尔伊斯特系列等。国产武器同样应??用了红外探测技术，在“霹雳－２”、“霹雳－１０”空空导弹中使用抗干扰多元成像导引头，并??采用高离轴角发射，使其在精确探测的同时兼备超强的机动性能。在地空导弹中采用红??外导引头，可以有效避免导弹低空飞行时引信误启动的情况：在反坦克导弹中应用中波??红外成像式导引头，使伪装的坦克遁于无形，成为坦克大杀器。??
．文的研宄背景及主要内容??课题来源于南京理工大学与ＸＸＸＸ单位合作的ＸＸＸＸ预研项目，进行基于匀性校正算法研究，提出了一种基于时域直方图的非均匀性校正算法。使用ＭＷ?Ｋ０８一，
直流电平像元（死元）、响应率异常像元以及受环境温漂和１／／噪声影响较大声像元等都属于异常像元，统称盲元。盲元包括固定盲元和随机盲元。受限于制造以及制造材料的缺陷而导致的焦平面阵列元的物理损坏，是固定盲元的主要产生途如沟道区域掺杂浓度不均、栅氧化物厚度有差异等，这些因素导致盲元在探测器生程中随机出现，而且以目前的工艺水平依旧无法完全避免此类盲元的产生。其次光统的瑕疵，探测器表面的灰尘、污溃也会产生固有盲元。电路中波动的高斯噪声、１噪声都会造成随机盲元，其特征时而表现为正常像元，时而表现为随机性盲元。同着使用时长增加，盲元的数量也会随着外部冲击和使用寿命的消耗而慢慢增加。盲存在对探测器的成像质量影响很大，主要表现为焦平面探测器红外图像上固定的黑或者线扫描探测器红外图像上的亮暗条纹。??２．１．４红外图像对比度低??影响红外成像的外部因素主要是红外辐射对比度差，辐射对比度的定义为：??＾?ｄＷ／ｄＴ??ＣＴ?＝??（２．Ｔ?Ｗ??其中，ｑ表示对比度，ｗ为红外辐射功率，；ｒ为被测目标的温度。图２．ｉ为通朗克公式计算绘制的３？５ｐｍ波段黑体辐射对比度随温度变化的曲线。??
【参考文献】
本文编号：2876769
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN215;TP391.41
【部分图文】：
硕士学位论文?基于场景动态校正的中波红外成像技术研究??１．１．３红外成像技术的应用??军事上，红外成像技术在红外制导、红外目标的跟踪预警、红外观瞄、夜视侦查、??红外遥感、红外反隐身、反电子对抗等方面有着广泛的应用前景，可以获得了巨大的军??事效益。西方国家的武器装备如星、弹、机、舰、车、人等都装备了红外系统。国外第??四代空空导弹制导系统中都有基于红外探测的红外制导型号，如美国最新“响尾蛇”导弹??系列空空导弹ＡＩＭ－９Ｘ使用的新一代红外精确导引头［９３（）］，采用了?１２８ｘ１２８元的探测器，??目标辨识度高，能区分人工热辐射源和自然热辐射源。另外还有英国的阿斯拉姆、法国??的米卡、俄罗斯的Ｒ－７３、以色列的“怪蛇”、德国的伊尔伊斯特系列等。国产武器同样应??用了红外探测技术，在“霹雳－２”、“霹雳－１０”空空导弹中使用抗干扰多元成像导引头，并??采用高离轴角发射，使其在精确探测的同时兼备超强的机动性能。在地空导弹中采用红??外导引头，可以有效避免导弹低空飞行时引信误启动的情况：在反坦克导弹中应用中波??红外成像式导引头，使伪装的坦克遁于无形，成为坦克大杀器。??
．文的研宄背景及主要内容??课题来源于南京理工大学与ＸＸＸＸ单位合作的ＸＸＸＸ预研项目，进行基于匀性校正算法研究，提出了一种基于时域直方图的非均匀性校正算法。使用ＭＷ?Ｋ０８一，
直流电平像元（死元）、响应率异常像元以及受环境温漂和１／／噪声影响较大声像元等都属于异常像元，统称盲元。盲元包括固定盲元和随机盲元。受限于制造以及制造材料的缺陷而导致的焦平面阵列元的物理损坏，是固定盲元的主要产生途如沟道区域掺杂浓度不均、栅氧化物厚度有差异等，这些因素导致盲元在探测器生程中随机出现，而且以目前的工艺水平依旧无法完全避免此类盲元的产生。其次光统的瑕疵，探测器表面的灰尘、污溃也会产生固有盲元。电路中波动的高斯噪声、１噪声都会造成随机盲元，其特征时而表现为正常像元，时而表现为随机性盲元。同着使用时长增加，盲元的数量也会随着外部冲击和使用寿命的消耗而慢慢增加。盲存在对探测器的成像质量影响很大，主要表现为焦平面探测器红外图像上固定的黑或者线扫描探测器红外图像上的亮暗条纹。??２．１．４红外图像对比度低??影响红外成像的外部因素主要是红外辐射对比度差，辐射对比度的定义为：??＾?ｄＷ／ｄＴ??ＣＴ?＝??（２．Ｔ?Ｗ??其中，ｑ表示对比度，ｗ为红外辐射功率，；ｒ为被测目标的温度。图２．ｉ为通朗克公式计算绘制的３？５ｐｍ波段黑体辐射对比度随温度变化的曲线。??
【参考文献】
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1 张燕;史要涛;武春风;于翠萍;柯才军;;一种红外导引头成像自适应非均匀性校正方法[J];红外技术;2014年10期
2 范晋祥;杨建宇;;红外成像探测技术发展趋势分析[J];红外与激光工程;2012年12期
3 周慧鑫;拜丽萍;秦翰林;赖睿;王炳健;刘群昌;;基于自适应滤波的红外焦平面阵列非均匀性校正算法[J];强激光与粒子束;2009年11期
4 张俊举;孙恋君;王世允;常本康;钱芸生;;基于时域统计的非均匀校正算法[J];兵工学报;2006年05期
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6 周慧鑫,殷世民,刘上乾,赖睿;红外焦平面器件盲元检测及补偿算法[J];光子学报;2004年05期
7 殷世民,刘上乾;基于低次插值的红外焦平面器件非均匀性多点校正算法[J];光子学报;2002年06期
本文编号：2876769
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