基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统技术方案

本申请提供的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统，首先获取长波红外探测器一定帧数的所有像元暗背景实测值及对应时刻的焦平面温度，拟合暗背景实测值以及焦平面温度之间的关系，每个像元得到一组拟合系数，通过每个像元的拟合系数以及焦平面实时温度，即可计算得到不同像元当前帧的暗背景估算值，并将暗背景估算值从入射信号中去除，可有效消除长波红外系统背景辐射的影响。上述方法及系统，构建所有像元背景辐射与焦平面温度之间的关系，从背景辐射的本质上计算不同像元的暗背景，减少中间环节意味着消除了暗像元非均匀性的影响以及传递的误差，有效提高计算的准确性，同时避免人为定义的暗像元而浪费探测器资源。费探测器资源。费探测器资源。

【技术实现步骤摘要】
基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统


[0001]本申请涉及光电探测
，特别涉及一种基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统。

技术介绍

[0002]随着探测器的发展，长波红外探测器在航天卫星领域应用越来越广泛。HgTeCd具有带隙可调，光吸收系数大，载流子寿命长，电子迁移率高等特点，这些优点使得HgTeCd成为制备长波红外焦平面探测器的理想材料。然而随着波长的增加，探测器的背景辐射也相应的增大，很大程度上侵占了有效信号的动态范围，使探测器还没达到系统所需的积分时间，其积分电容就已经饱和了。另外背景辐射的波动还会降低系统的噪声等效温差，影响长波红外系统的成像质量。所以红外系统，尤其是长波红外，背景辐射的去除是十分必要的。
[0003]主动型抑制背景辐射的方法需要将焦平面和光学系统保持在一个极低的温度上，这将消耗大量的资源，且不可持续。本专利技术为被动型方法，不追求将整个系统保持在一个极低的温度上，而是通过不同方法，拟合得到所有像元的实时暗背景估算值，将暗背景估算值从入射信号中去除，从而达到消除背景辐射的目的。现有技术方案均以探测器暗像元为基础。即遮挡一部分探测器像元(称为“暗像元”)，使它们保持在光学系统入瞳之外，不能接收到有效信号的辐射能量，只能输出暗场信号，用来表征系统的背景辐射。然后将不同像元与这些暗像元建立相关性，推导出焦平面上所有像元的背景辐射。例如专利申请CN 112284535 A渐进式在轨推扫式中短波红外成像光谱仪暗背景去除方法、CN 105841815 A一种成像光谱仪CCD光谱图像暗电流校正方法、CN 111432093 A一种CMOS图像传感器的暗电流校正方法等。
[0004]对于被动型消除红外谱段背景辐射的方法，现有技术方案均以探测器暗像元为基础，需要在探测器某一个区域或者某几个区域定义一个或者多个暗像元，不让它们感光，用来表征背景辐射。这样做有三个缺点：
[0005]局限性：目前受限于工艺，红外探测器尤其是长波红外探测器的焦平面尺寸很小，通常小于1K
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1K的面阵，单独定义某个区域为暗像元，浪费有效像元的数量。这种方法为了提高准确度，通常会在探测器不同位置定义多个暗像元区域，浪费像元数更多。
[0006]差异性：长波红外探测器像元之间的非均匀性非常明显，通常在10％左右。由于这种方法是利用少数暗像元去估算所有像元的背景辐射，必然会由于不同像元的差异性导致计算不准确。
[0007]暗像元是否真的“暗”：现有技术方案中实际上隐含了一个前提，就是在正常成像状态下，有效入射信号在暗像元上无响应，暗像元的输出只包括背景辐射。实际工作中不会这么理想，有效信号多多少少都会在暗像元上产生电荷。通常情况下，为了计算的准确性，需要选择有效像元附近的暗像元，而这样目标入射信号更容易“污染”暗像元，彼此矛盾。

技术实现思路

[0008]鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种可有效提高计算的准确性，同时避免人为定义的暗像元而浪费探测器资源的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统。
[0009]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0010]本申请目的之一提供了一种基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法，包括下述步骤：
[0011]在暗场环境下，获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度；
[0012]拟合获取的若干帧所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面实时温度之间的关系；
[0013]获取每个像元的一组拟合系数；
[0014]根据所述拟合系数以及所述焦平面实时温度，计算得到不同像元当前帧的暗背景估算值，并将所述暗背景估算值从入射信号中去除即可消除背景辐射的影响。
[0015]在其中一些实施例中，在获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度的步骤中，具体包括下述步骤：将所述长波红外探测器置于全暗的环境中，用冷光屏屏蔽目标辐射能量进入所述长波红外探测器，所述长波红外探测器获取像元暗背景的实测值。
[0016]在其中一些实施例中，在获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度的步骤中，具体包括下述步骤：采用恒流源加测温二极管的方式，搭配32位高精度ADC，分别获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度，并多次采样做平均值。
[0017]在其中一些实施例中，在拟合获取的若干帧所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面实时温度之间的关系的步骤中，具体包括下述步骤：将获取的所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面温度，采用不同的拟合模型，拟合像元暗背景与焦平面温度之间的关系，目标是使残差最小，所述拟合模型包括多项式拟合、指数拟合以及线性拟合。
[0018]本申请目的之二提供了一种所述的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除系统，包括：
[0019]数据获取单元，在暗场环境中，用于获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度；
[0020]拟合单元，用于拟合获取的若干帧所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面实时温度之间的关系；
[0021]拟合系数获取单元，用于获取每个像元的一组拟合系数；
[0022]背景辐射消除单元，用于根据所述拟合系数以及所述焦平面实时温度，计算得到不同像元当前帧的暗背景估算值，并将所述暗背景估算值从入射信号中去除即可消除背景辐射的影响。
[0023]在其中一些实施例中，所述数据获取单元采用恒流源加测温二极管的方式，搭配32位高精度ADC，分别获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长
波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度，并多次采样做平均值。
[0024]在其中一些实施例中，所述拟合单元用于将获取的所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面温度，采用不同的拟合模型，拟合像元暗背景与焦平面温度之间的关系，目标是使残差最小，所述拟合模型包括多项式拟合、指数拟合以及线性拟合。
[0025]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0026]本申请提供的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统，正式成像前获取所述长波红外探测器一定帧数的所有像元暗背景实测值以及对应时刻的焦平面温度，根据所述焦平面的实时温度及所有像元的暗背景实测值拟合不同像元暗背景与所述焦平面的温度之间的关系，使残差最小，每个像元得到一组拟合系数。正式成像时，通过每个像元的拟合系数以及焦平面实时温度，即可计算得到不同像元的暗背景估算值，并将所述暗背景估算值从入射信号中去除即可消除背景辐射的影响。本申请提供的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法及系统，直接构建所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法，其特征在于，包括下述步骤：在暗场环境下，获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度；拟合获取的若干帧所有像元暗背景实测值和对应时刻的焦平面实时温度之间的关系；获取每个像元的一组拟合系数；根据所述拟合系数以及所述焦平面实时温度，计算得到不同像元当前帧的暗背景估算值，并将所述暗背景估算值从入射信号中去除即可消除背景辐射的影响。2.如权利要求1所述的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法，其特征在于，在暗场环境下，获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度的步骤中，具体包括下述步骤：将所述长波红外探测器置于全暗的环境中，用冷光屏屏蔽目标辐射能量进入所述长波红外探测器，所述长波红外探测器获取像元暗背景的实测值。3.如权利要求2所述的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法，其特征在于，在获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度的步骤中，具体包括下述步骤：采用恒流源加测温二极管的方式，搭配32位高精度ADC，分别获取所述长波红外探测器若干帧所有像元的暗背景实测值及所述长波红外探测器若干帧对应时刻的焦平面实时温度，并多次采样做平均值。4.如权利要求1所述的基于长波红外探测器的长波红外谱段背景辐射消除方法，其特征在于，在拟合获取的若干帧所有像元暗背景实测值和对应时刻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张航，李帅，郑玉权，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：