非制冷焦平面红外测云的方法技术

非制冷焦平面红外测云的方法，将非制冷焦平面红外探测器得到的云的图像的原始数字信号按时序对图像中每一个点的数据做积分处理，即取多帧平均值，从而提高信号的信噪比，再得到云的图像信号输出。本发明专利技术有益效果是：传输速度快、精度高、减低噪声、使图像质量改善、云体细节清楚；理论上ＮＥＴＤ由１００ｍＫ降至１０ｍＫ。制备和使用成本均较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种地面气象观测仪器及其测量方法，具体为一种非制冷焦平面红外测云传感器的测云方法。
技术介绍
20世纪90年代非制冷红外焦平面(UFPA)技术达到了实用化水平，这种技术使依赖于低温工作的红外热成像系统摆脱了复杂的制冷装置，实现了小型、可靠、相对廉价的应用，尤其是在军事领域的精确制导、热成像跟踪等方面得到了广泛的应用，但其原始信号的信噪比不高，值域范围小，不能直接应用于大气科学中的云的探测。非制冷红外焦平面在测云中应用目前处于研究阶段，如红外云成像仪(ICI)直接采用红外摄像机作为测云传感器获取天空云的分布，没有针对大气红外辐射值域范围大，信噪比不高的特点进行测云传感器的设计。而采用制冷红外焦平面传感器在制造成本和使用成本上均十分高昂。
技术实现思路
本专利技术目的是针对大气红外辐射变化特点，通过一系列的数字处理，研制一种信噪比高、图像质量好、数据传输速度快、成本低的非制冷焦平面红外测云传感器，以便用于云的探测。本专利技术的技术方案是非制冷红外测云传感器，是将非制冷焦平面红外探测器得到的云的图像的原始数字信号按时序对图像中每一个点的数据做积分处理，即取多帧平均值，从而提高信号的信噪比，再得到云的图像信号输出。尤其是待处理的各帧图像信号经过加法器累加后按地址顺序写入RAM存储器，直至完成多帧积分后输出允许读的信号。多帧的帧数越多越好，但积分时间与此成正比，一般进行64-512帧积分，当然也不限于这个范围。非制冷焦平面红外测云方法构成传感器，由非制冷焦平面红外探测器、前端信号电路、AD转换电路、FPGA或CPLD逻辑阵列、CPU或ARM组成，非制冷焦平面红外探测器的输出连接前端信号电路和AD转换电路，再连接FPGA或CPLD逻辑阵列的输入端，FPGA或CPLD逻辑阵列的控制端与CPU或ARM的控制端连接；FPGA或CPLD逻辑阵列完成图像帧上的每个点的多帧积分，包括一个加法器和一个双口RAM。本专利技术非制冷焦平面红外测云传感器还设有网络芯片，连接CPU或ARM的接口，使用网络协议传输积分后的数据，网络协议为TCP/IP协议。本专利技术有益效果是传输速度快、精度高、减低噪声、使图像质量改善、云体细节清楚；理论上NETD由100mK降至10mK。非制冷红外成像器件温度适应能力强，适合地基自动测云的应用，针对云探测的特点，采用纯数字(FPGA)多场视频积分处理，提高红外图像信号的信噪比，以网络协议传输，传输的峰值速度可达100M/s，满足终端对数据速度和接口通用性的要求。本专利技术的制备和使用成本均较低。附图说明图1为本专利技术实施例非制冷红外测云探测装置的结构框图。图2为多帧数字积分框图。图3为本专利技术积分和传输过程图。具体实施例方式如图1，红外成像组件使用法国SOFADIR公司生产的多晶硅非制冷红外焦平面探测器，感应方式为微测辐射热计，探测元尺寸为320×240，原始图像信号长度为10bit。待处理的各帧图像信号经过加法器累加后按地址顺序写入RAM存储器，下一帧图像信号与本次信号进行累加，直至完成128帧积分后输出允许读的信号(多帧的帧数越多越好，但积分时间与此成正比，因此取128帧积分)，由读出电路以如图2的时序将积分后的16bit数字视频信号取出，经过ARM系统微处理器和网络驱动芯片以网络协议传输到终端计算机。上述非制冷红外焦平面探测器可以是微测辐射热计或热电堆或热释电类型，阵列像素可根据实际需要选择320×240或其它像素；使用samsung4510 ARM系统微处理器，也可以用其它CPU微处理器；网络驱动芯片选用RTL8201；网络协议为TCP/IP协议；积分帧数可在64-256帧间选择。权利要求1.，其特征是将非制冷焦平面红外探测器得到的云的图像的原始数字信号按时序对图像中每一个点的数据做积分处理，即取多帧平均值，从而提高信号的信噪比，再得到云的图像信号输出。2.根据权利要求1所述的，其特征是由非制冷焦面平红外探测器、前端信号电路、AD转换电路、FPGA或CPLD逻辑阵列、CPU或ARM组成，非制冷焦面平红外探测器的输出连接前端信号电路和AD转换电路，再连接FPGA或CPLD逻辑阵列的输入端，FPGA或CPLD逻辑阵列的控制端与CPU或ARM的控制端连接；FPGA或CPLD逻辑阵列完成图像帧上的每个点的多帧积分，包括一个加法器和一个双口RAM。3.根据权利要求1所述的，其特征是设有网络芯片，连接CPU或ARM的接口，使用网络协议传输积分后的数据，网络协议为TCP/IP协议。4.根据权利要求1和2所述的，其特征是非制冷焦平面红外探测器采用微测辐射热计或热电堆或热释电类型。5.根据权利要求1所述的，其特征是各帧图像信号经过加法器累加后按地址顺序写入RAM存储器，直至完成多帧积分后输出允许读的信号。6.根据权利要求1所述的，其特征是进行64-512帧积分。7.根据权利要求1所述的，其特征是进行128帧积分。全文摘要，将非制冷焦平面红外探测器得到的云的图像的原始数字信号按时序对图像中每一个点的数据做积分处理，即取多帧平均值，从而提高信号的信噪比，再得到云的图像信号输出。本专利技术有益效果是传输速度快、精度高、减低噪声、使图像质量改善、云体细节清楚；理论上NETD由100mK降至10mK。制备和使用成本均较低。文档编号G08C19/00GK101089658SQ20071002512公开日2007年12月19日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日专利技术者翟东力, 练进根, 高太长, 孙学金, 赵世军 申请人:中国人民解放军理工大学气象学院 本文档来自技高网...

【技术保护点】
非制冷焦平面红外测云的方法，其特征是将非制冷焦平面红外探测器得到的云的图像的原始数字信号按时序对图像中每一个点的数据做积分处理，即取多帧平均值，从而提高信号的信噪比，再得到云的图像信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：翟东力，练进根，高太长，孙学金，赵世军，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学气象学院，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]