一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法及系统技术方案

本申请提供的长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法及系统，测量成像系统中不同要素的温度；获取每个像元的真实暗背景；将所述不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式；真实成像中，实时测量不同要素温度，并代入每个像元的拟合多项式，得到每个像元的暗背景估算值；定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果；将所述暗背景估算值从原始图像中扣除，即可实现长波红外成像系统的暗背景校正，上述校正方法及系统，针对长波红外谱段，提出暗背景校正的理论极限和衡量指标，可以定量化的评价校正效果，提高校正的准确性。同时可以针对不同工况，增加校正拟合的变量，提高本方法的适应性。法的适应性。法的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法及系统


[0001]本申请涉及光电探测领域
，特别涉及一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法及系统。

技术介绍

[0002]目前高性能的长波红外探测器大多数是基于HgCdTe材料的光伏型探测器，HgCdTe为窄禁带半导体材料，较窄的禁带宽度大大增加了器件的缺陷辅助隧穿电流和带间直接隧穿电流。同时HgCdTe材料在生长或者器件成结加工过程中非常容易形成缺陷，这些缺陷在材料的禁带中充当符合中心，增大SRH(Shockley
‑
Read
‑
Hall)复合速率，使得产生符合电流增加。同时，载流子可以借助禁带中的缺陷进行隧穿，增大了缺陷辅助隧穿电流。以上因素导致HgCdTe探测器的暗电流难以得到抑制。此外，在自然界，任何温度高于绝对零度(
‑
273℃)的物体都会产生热辐射，而红外辐射就是其中一种，室温物体的热辐射集中在长波红外谱段，所以背景辐射也是长波红外探测系统面临的另外一个困难。
[0003]暗电流产生的电子与目标信号产生的电子叠加在一起，被探测器获取并读出，无法区分。所以暗电流会增大器件噪声以及降低焦平面的动态范围，甚至暗电流成分远大于信号电荷成分。除了暗电流，整个成像系统的背景辐射波动也是制约长波红外谱段探测质量的重要因素。通常暗电流和背景辐射的作用无法精确区分，所以我们将二者的共同效果称为“暗背景”。如何消除暗背景的影响，对于长波红外谱段十分重要。
[0004]现有技术方案：消除成像系统暗背景的常用方法为“暗帧校正法”和“暗像元校正法”。“暗帧校正法”需要在正常成像之前或之后，用冷光屏遮住成像系统入瞳，屏蔽目标信号入射能量，获取一帧暗背景信息，作为暗参考(有专利提出获取多帧做平均，用来消除暗背景的波动噪声)。去掉冷光屏对目标进行正常成像后，将暗参考从有效信号中减掉，从而实现暗背景校正。
[0005]“暗像元校正法”需要将红外焦平面的一部分像元遮挡，不接收信号能量的辐射，只对暗背景有响应(称之为“暗像元”)，用来监测暗背景的变化。通过拟合暗像元与正常感光像元的关系，估算所有感光像元的暗背景，将其从有效信号中扣除。有些专利提出，对于大面阵图像探测器，暗电流呈现区域性的分布特点。故用焦平面不同位置的暗像元进行暗背景校正，消除探测器暗电流分布不均匀的问题。
[0006]“暗帧校正法”通常用于可见光探测器，对于红外谱段，尤其是长波红外谱段，暗背景对焦平面温度以及周围环境温度的变化非常敏感，微小的温度变化都会导致暗背景发生改变，电子学工作又会不断的产生热量导致焦平面和环境温度升高，所以红外探测器的暗背景随时间不断变化。成像前后获取的暗背景帧无法准确反映当前成像时刻的真实暗背景信息，以此为暗参考进行校正会带来很大的误差。同时额外的暗背景帧，也会导致帧频降低，影响成像频率。
[0007]“暗像元校正法”需要额外的暗像元，即遮挡部分像元，使其对目标辐射不感光。为了消除暗电流的非均匀性，有时候还需要在焦平面不同位置设置暗像元。由于工艺的限制，
通常长波红外探测器的像元数量很少，设置暗像元将浪费本就紧张的焦平面资源。此外，通过有限的暗像元去拟合所有像元的暗背景，相当于引入了像元差异性的噪声，暗像元的波动会影响暗背景校正的准确性。同时暗像元需要完全遮光，这也对实施工艺提出了更高的要求。
[0008]现有技术都是给出暗背景校正前后的对比，不同的方法或多或少都会有一定效果。但是没有给出一种评价标准，用来定量化的衡量校正方法的效果。

技术实现思路

[0009]基于此，本专利技术针对现有技术中存在的难题，提供了一种可以定量化的评价校正效果的一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法及系统，为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
[0010]本申请目的之一，提供一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，包括下述步骤：
[0011]测量成像系统中不同要素的温度；
[0012]获取每个像元的真实暗背景；
[0013]将所述不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式；
[0014]真实成像中，实时测量不同要素温度，并代入每个像元的拟合多项式，得到每个像元的暗背景估算值；
[0015]定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果；
[0016]将所述暗背景估算值从原始图像中扣除，即可实现长波红外成像系统的暗背景校正。
[0017]在其中一些实施例中，在测量成像系统中不同要素的温度中，所述不同要素的温度包括焦平面温度、光机主体温度以及电箱温度。
[0018]在其中一些实施例中，在获取每个像元的真实暗背景值的步骤中，具体包括下述步骤：
[0019]将所述长波红外探测器至于低温环境中，遮挡入瞳，屏蔽目标辐射，所述焦平面通过制冷机制冷，以获取每个像元的真实暗背景。
[0020]在其中一些实施例中，在将不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式的步骤中，具体为：
[0021]所述多项式拟合的拟合方法采用神经网络拟合。
[0022]在其中一些实施例中，在定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果的步骤中，具体包括下述步骤：
[0023]对真实的暗背景进行滑动平均，得到暗背景参考；将真实的暗背景与暗背景参考作差，以消除由于不同要素温度引起的暗背景波动，差值结果定义为噪声限。
[0024]本申请目的之二，提供一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正系统，包括：
[0025]温度检测单元：用于测量成像系统中不同要素的温度；
[0026]真实暗背景单元：用于获取每个像元的真实暗背景；
[0027]多项式拟合单元：用于将所述不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背
景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式；
[0028]暗背景估算单元：用于在真实成像中，实时测量不同要素温度，并代入每个像元的拟合多项式，得到每个像元的暗背景估算值；
[0029]评价单元：用于定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果；
[0030]校正单元：用于将所述暗背景估算值从原始图像中扣除，即可实现长波红外成像系统的暗背景校正。
[0031]在其中一些实施例中，所述不同要素的温度包括焦平面温度、光机主体温度以及电箱温度。
[0032]在其中一些实施例中，所述真实暗背景单元用于获取每个像元的真实暗背景，具体包括：
[0033]将所述长波红外探测器至于低温环境中，遮挡入瞳，屏蔽目标辐射，所述焦平面通过制冷机制冷，以获取每个像元的真实暗背景。
[0034]在其中一些实施例中，所述多项式拟合的拟合方法采用神经网络拟合，比较多种拟合模型的结果，选择拟合优度最佳的方法。每个像元都有独立的拟合矩阵。
[0035]在其中一些实施例中，所述评价单元用于定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，其特征在于，包括下述步骤：测量成像系统中不同要素的温度；获取每个像元的真实暗背景；将所述不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式；真实成像中，实时测量不同要素温度，并代入每个像元的拟合多项式，得到每个像元的暗背景估算值；定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果；将所述暗背景估算值从原始图像中扣除，即可实现长波红外成像系统的暗背景校正。2.如权利要求1所述的长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，其特征在于，在测量成像系统中不同要素的温度中，所述不同要素的温度包括焦平面温度、光机主体温度以及电箱温度。3.如权利要求1或2所述的长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，其特征在于，在获取每个像元的真实暗背景值的步骤中，具体包括下述步骤：将所述长波红外探测器至于低温环境中，遮挡入瞳，屏蔽目标辐射，所述焦平面通过制冷机制冷，以获取每个像元的真实暗背景。4.如权利要求1或2所述的长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，其特征在于，在将不同要素的温度作为变量，对每个像元的真实暗背景进行多项式拟合，为每个像元建立拟合多项式的步骤中，具体为：所述多项式拟合的拟合方法采用神经网络拟合。5.如权利要求1或2所述的长波红外探测器的焦平面暗背景校正方法，其特征在于，在定义暗背景校正的理论极限，定量评价校正效果的步骤中，具体包括下述步骤：对真实的暗背景进行滑动平均，得到暗背景参考；将真实的暗背景与暗背景参考作差，以消除由于不同要素温度引起的暗背景波动，差值结果定义为噪声限。6.一种长波红外探测器的焦平面暗...

【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：