CN114302075A - 一种热释电型irfpa图像采集方法 - Google Patents

一种热释电型irfpa图像采集方法 Download PDF

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CN114302075A CN202111562977.9A CN202111562977A CN114302075A CN 114302075 A CN114302075 A CN 114302075A CN 202111562977 A CN202111562977 A CN 202111562977A CN 114302075 A CN114302075 A CN 114302075A
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程瑶
刘云阳
贾宁
高晨斐
许文斌
田又源
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Abstract

本发明提出了一种热释电型IRFPA图像采集方法，包括斩波器的调制信号数据输出端与热释电TRFPA器件的调制信号数据输入端相连，斩波器的同步信号数据输出端与驱动模块的同步信号数据输入端相连，驱动模块的驱动信号数据输出端与热释电TRFPA器件的驱动信号数据输入端相连，驱动模块的采样控制信号数据输出端与NI数据采集卡的采样控制信号数据输入端相连，热释电TRFPA器件的图像信号数据输出端与NI数据采集卡的图像信号数据输入端相连。通过本采集方法，确保亮场、暗场的判断以及解调处理，实现对器件对应的像元准确采集，保证空间成像位置的正确性，同时对图像信号完成去噪及校正处理，确保采集信号的成像质量。

Description

一种热释电型IRFPA图像采集方法
技术领域
本发明涉及一种图像技术领域，特别是涉及一种热释电型IRFPA图像采集方法。
背景技术
早在公元372年，人们就发现了电气石的热释电效应。早期对热释电效应的研究主要是对现象的描述。由于用热释电材料制成的热释电红外探测器具有无需制冷、可在室温下工作、光谱响应宽等优点，促进了热释电效应及其应用的研究，使其广泛应用于各类(工业和空间技术等)辐射计、红外激光探测和热成像等方面。热释电红外焦平面阵列(IRFPA)具有成本低、红外辐射波长的吸收范围宽和室温工作等优点，利用它进行红外成像是非致冷红外成像的主要技术途径之一。
当热电晶体温度以一定频率变化时，由于面束缚电荷来不及被中和，晶体的自发极化强度或面束缚电荷密度必然以同样的频率出现周期性变化产生一个交变电场，这种因材料自发极化强度发生变化而在材料表面释放出电荷的现象称为热释电效应。依据热释电效应，热释电IRFPA探测的是引起温度变化的辐射。即是说热释电IRFPA只对变化的入射红外辐射有响应，所以为了保证热释电IRFPA能够成像，需要对输入红外信号进行斩波调制。通过斩波器对输入的红外辐射进行透光及不透光交变调制，达到热释电效应的产生进而完成成像探测。随着斩波器的旋转，在一个周期内完成对探测器面阵的推扫，使探测器上各像元分时完成连续的曝光，从而实现把红外光辐射信号转变成电信号。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种热释电型IRFPA图像采集方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种热释电型IRFPA图像采集***，包括斩波器、热释电IRFPA器件、驱动模块和NI-DAQ采集***；
斩波器的调制信号数据输出端与热释电IRFPA器件的调制信号数据输入端相相连连，斩波器的同步信号数据输出端与驱动模块的同步信号数据输入端相连，驱动模块的驱动信号数据输出端与热释电IRFPA器件的驱动信号数据输入端相连，驱动模块的采样控制信号数据输出端与NI-DAQ采集***的采样控制信号数据输入端相连，热释电IRFPA器件的图像信号数据输出端与NI-DAQ采集***的图像信号数据输入端相连；
斩波器用于对进入热释电IRFPA器件的红外辐射进行调制，以及用于对驱动模块产生同步信号CHOP；
驱动模块接收到斩波器产生的同步信号CHOP后，向热释电IRFPA器件发出驱动信号，以及向NI-DAQ采集***发出采样控制信号，使其NI-DAQ采集***采集热释电IRFPA器件输出的图像信号。通过本采集方法确保亮场、暗场的判断以及解调处理，实现对器件对应的像元准确采集，保证空间成像位置的正确性，同时对图像信号完成去噪及校正处理，确保采集信号的成像质量。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括PC机，PC机的图像数据输入端与NI-DAQ采集***的图像数据输出端相连，PC机将NI-DAQ采集***输出的图像数据展现在PC机显示屏上。
在本发明的一种优选实施方式中，驱动模块包括驱动信号发送单元、同步信号接收单元、采样控制信号发送单元和微控制器；
同步信号接收单元的同步信号数据输入端与斩波器的同步信号数据输出端相连，驱动信号发送单元的驱动信号数据输出端与热释电IRFPA器件的驱动信号数据输入端相连，采样控制信号发送单元的采样控制信号数据输出端与NI-DAQ采集***的采样控制信号数据输入端相连；
同步信号接收单元的同步信号发送端与微控制器的同步信号接收端相连，驱动信号发送单元的驱动信号接收端与微控制器的驱动信号发送端相连，采样控制信号发送单元的采样控制信号接收端与微控制器的采样控制信号发送端相连；
微控制器根据同步信号接收单元接收的同步信号，微控制器向驱动信号发送单元和采样控制信号发送单元发送控制信号，驱动信号发送单元根据微控制器发送的控制信号向热释电IRFPA器件发出驱动信号，向NI-DAQ采集***发出采样控制信号。
在本发明的一种优选实施方式中，驱动信号发送单元包括行起始脉冲信号单元、行扫描脉冲信号单元、列起始脉冲信号单元、列扫描脉冲信号单元和脉冲控制器；
行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的行起始脉冲信号输出控制端相连，行扫描脉冲信号单元的行扫描脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的行扫描脉冲信号输出控制端相连，列起始脉冲信号单元的列起始脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的列起始脉冲信号输出控制端相连，列扫描脉冲信号单元的列扫描脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的列扫描脉冲信号输出控制端相连；
行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的行起始脉冲驱动信号数据输入端相连，行扫描脉冲信号单元的行扫描脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的行扫描脉冲驱动信号数据输入端相连，列起始脉冲信号单元的列起始脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的列起始脉冲驱动信号数据输入端相连，列扫描脉冲信号单元的列扫描脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的列扫描脉冲驱动信号数据输入端相连；脉冲控制器的驱动信号接收端与微控制器的驱动信号发送端相连；
脉冲控制器根据接收的微控制器发送的控制信号，脉冲控制器分别向行起始脉冲信号单元、行扫描脉冲信号单元、列起始脉冲信号单元、列扫描脉冲信号单元之一或者任意组合发送脉冲信号；
行起始脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，行起始脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送行起始脉冲信号Sy，给热释电IRFPA器件提供行起始控制信号，热释电IRFPA器件开始行扫描；
行扫描脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，行扫描脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送行扫描脉冲信号Cpy，给热释电IRFPA器件提供行扫描的时钟信号，使得热释电IRFPA器件每行在该信号的时钟控制下，扫描像元信号；
列起始脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，列起始脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送列起始脉冲信号Sx，给热释电IRFPA器件提供列起始控制信号，热释电TRFPA器件开始列扫描；
列扫描脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，列扫描脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送列扫描脉冲信号Cpx，给热释电IRFPA器件提供列扫描的时钟信号，使得热释电IRFPA器件每列在该信号的时钟控制下，扫描像元信号。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括：行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输出端与NI-DAQ采集***的工作触发起始信号输入端相连，当其行起始脉冲信号单元将其行起始脉冲信号Sy发送至NI-DAQ采集***，NI-DAQ采集***接收到行起始脉冲信号单元发送的行起始脉冲信号Sy后，NI-DAQ采集***开始工作，NI-DAQ采集***利用驱动模块向NI-DAQ采集***发出的采样控制信号，接收IRFPA器件输出的图像信号。
在本发明的一种优选实施方式中，依据IRFPA热释电驱动时序要求，当连续采集，行起始脉冲信号Sy第一个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据；行起始脉冲信号Sy第二个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据；行起始脉冲信号Sy第三个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据；行起始脉冲信号Sy第四个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据；以此类推，当行起始脉冲信号Sy的奇数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据，当行起始脉冲信号Sy的偶数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据，因此可以用行起始脉冲信号Sy的奇偶上升沿触发来作为图像采集亮暗场的同步判断信号。
本发明还公开了一种热释电型IRFPA图像采集方法，包括以下步骤：
S1，将驱动模块产生的行起始信号Sy和采样时钟信号ADST分别接入到采集卡，将行起始信号Sy作为触发起始信号，将热释电IRFPA器件的输出信号连接到采集卡的模拟输入通道上，将同步控制信号CHOP连接到采集卡的数字输入通道上，将数据采集卡采集触发方式选择为上升沿触发，触发电平为0，数字通道采集CHOP信号，将数字通道采集的时钟与模拟通道采集的时钟设定为同一个信号；在采集时，将采集的相邻的亮场数据和暗场数据设为一帧数据，通过设定采集的帧数控制采样结束，将控制采样结束的采集帧数设为F；
S2，数据采集卡实时监测Sy信号的上升沿，当数据采集卡接收到Sy信号的上升沿时，触发采集卡开始进行像元数据的采样，并根据Sy信号奇偶上升沿的触发来判断亮暗场信号数据，在采样时钟ADST的时钟控制下，采集卡对模拟输入通道中的模拟信号即IRFPA输出信号进行采集，同时对数字通道中的数字信号CHOP即斩波器的同步信号进行采集；数据采集卡实时监测采集帧数，当采集帧数小于F时，采集卡继续进行像元数据的采样以及斩波器的同步信号的采集；当采集帧数为F时，控制采样结束，等待下一次Sy信号上升沿的触发后开始进行像元数据的采样；
S3，当采样结束后，数据采集卡根据采集的行起始脉冲信号Sy的奇偶上升沿触发对采集的像元暗场、亮场数据进行区分存储，并将亮场数据减去暗场数据作差分运算，即可得到有效的热释电型F帧图像数据，每帧图像数据包括第i行第j列像元输出的响应电压；
S4，对差分解调后的图像数据进行去噪以及校正处理；得到其红外图像电压数据；
S5，采用灰度变换算法对红外图像电压数据进行线性映射，实现灰度值变换，由灰度编码算法得到红外图像。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括步骤S6，将步骤S5中得到的红外图像展现在PC机显示屏上。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，对差分解调后的图像数据进行去噪处理的计算方法为：
S41，获取F帧图像数据各个像元点输出的相应电压，记作V(i,j,f)，V(i,j,f)表示采集一场时第f帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，i＝1、2、3、……、M，M表示图像的高度值，j＝1、2、3、……、N，N表示图像的宽度值；f＝1、2、3、……、F，F表示采样的帧数；
S42，根据F帧图像数据各个像元点输出的相应电压将相同像元点处的响应电压构成相同像元点的响应电压集合，记作{V(i,j,1),V(i,j,2),V(i,j,3),…,V(i,j,F)}，{V(i,j,1),V(i,j,2),V(i,j,3),…,V(i,j,F)}表示相同像元点的响应电压集合，V(i,j,1)表示采集一场时第1帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,2)表示采集一场时第2帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,3)表示采集一场时第3帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,F)表示采集一场时第F帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压；
S43，获取相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压和最小响应电压，记作V(i,j)max和V(i,j)min，V(i,j)max表示相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压，V(i,j)min表示相同像元点的响应电压集合中的最小响应电压；
S44，根据步骤S43中相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压和最小响应电压以及步骤S42中的各个像元点输出的相应电压计算图像每个像元点的实际响应电压，其每个像元点的实际响应电压的计算方法为：
Figure BDA0003420939430000071
其中，F为采样的帧数，对应于采集的次数；
V(i,j,f)表示采集一场时第f帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压；V(i,j)max表示相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压；
V(i,j)min表示相同像元点的响应电压集合中的最小响应电压；
V(i,j)表示采集一场时第i行第j列像元输出的实际响应电压。
判断是否存在死像元或/和过热像元：
若不存在死像元或/和过热像元，则有：
Figure BDA0003420939430000072
其中，M为探测器IRFPA的行数；
N为探测器IRFPA的列数；
V(i,j)表示采集一场时第i行第j列像元输出在不同帧的平均响应电压；Vavg为采集一场时IRFPA探测器上所有像元的信号平均值；
Figure BDA0003420939430000073
其中，M为探测器IRFPA的行数；
N为探测器IRFPA的列数；
Vk(i,j)表示采集第k场时第i行第j列像元输出在不同帧的平均响应电压；
Figure BDA0003420939430000074
为采集多场时IRFPA探测器上所有有效像元的信号平均值。
若存在死像元或/和过热像元，则有：
Figure BDA0003420939430000075
其中，M为探测器IRFPA的行数；
N为探测器IRFPA的列数；
d为探测器IRFPA光敏单元阵列中的死像元个数；
h为探测器IRFPA光敏单元阵列中的过热像元个数；
V(i,j)表示采集一场时第i行第j列像元输出在不同帧的平均响应电压；
V′avg为采集一场时IRFPA探测器上所有有效像元的信号平均值；
Figure BDA0003420939430000081
其中，M为探测器IRFPA的行数；
N为探测器IRFPA的列数；
d为探测器IRFPA光敏单元阵列中的死像元个数；
h为探测器IRFPA光敏单元阵列中的过热像元个数；
K为采样的场数；
Vk(i,j)表示采集第k场时第i行第j列像元输出在不同帧的平均响应电压；
Figure BDA0003420939430000082
为采集多场时IRFPA探测器上所有有效像元的信号平均值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，对差分解调后的图像数据进行校正处理的计算方法为：
其标定方程为：
Figure BDA0003420939430000083
Figure BDA0003420939430000084
为校正以后的各个像元输出；
Kij为各个像元对应的待校正增益因子；
Bij为各个像元对应的待校正偏置因子；
Figure BDA0003420939430000085
为输入的各个像元；
Figure BDA0003420939430000086
其中，
Figure BDA0003420939430000087
和
Figure BDA0003420939430000088
分别是标定的标准像元输出；
Figure BDA0003420939430000091
和
Figure BDA0003420939430000092
分别是两个高低温度点下的辐照度像元输出；
Kij为各个像元对应的待校正增益因子；
Figure BDA0003420939430000093
Figure BDA0003420939430000094
和
Figure BDA0003420939430000095
分别是两个高低温度点下的辐照度像元输出；
Figure BDA0003420939430000096
和
Figure BDA0003420939430000097
分别是标定的标准像元输出；
Bij为各个像元对应的待校正偏置因子；
标准像元的选取方法采用对应灰度概率最大法；
Figure BDA0003420939430000098
Figure BDA0003420939430000099
其中，
Figure BDA00034209394300000910
和
Figure BDA00034209394300000911
分别为在高低温度点下像元输出
Figure BDA00034209394300000912
和
Figure BDA00034209394300000913
中选取灰度概率最大的输出；
将选定的标准像元代入到标定方程中，就可得到各个像元消除非均匀性的像元输出。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够依据同步信号、行起始信号、列起始信号、采样时钟等信号时序的设计，来完成探测器件的图像采集以及成像，通过对采集信号的判断、解调、去噪处理后，以达到自动消除随机误差的目的。通过本采集方法实现对器件对应的像元准确采集，保证空间成像位置的正确性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的连接示意框图。
图2为本发明的160×120热释电IRFPA波形示意图。
其中，CHOP为斩波器同步控制信号，Sy为行起始脉冲信号，cpy为行扫描电路时钟，EOF为行结束脉冲信号，Sx为列起始脉冲信号，cpx为列扫描电路时钟，EOL为列结束脉冲信号，Vout为红外视频输出信号，ADST为A/D采样的时钟信号。
图3为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参见图1～3，搭建热释电型IRFPA图像采集***，该***包括热释电IRFPA器件、NI-DAQ采集***(采集卡)、驱动电路以及用于对进入热释电IRFPA器件的红外辐射进行调制的斩波器，所述斩波器还用于产生斩波信号CHOP给驱动电路；所述驱动电路用于提供驱动信号给热释电IRFPA器件的驱动输入端，以及用于提供采样控制信号给NI数据采集卡；所述NI数据采集卡接收驱动电路提供的Sy信号和ADST信号，分别作为触发信号和采样时钟信号，所述数据采集卡的模拟输入通道用于对热释电IRFPA器件的输出信号进行采集，所述数据采集卡的数字输入通道用于采集CHOP信号。
斩波器输出的同步信号CHOP作为外部控制信号连接到驱动电路输入端，驱动电路输出的驱动信号(Sy、cpy、Sx、cpx)连接到热释电IRFPA的驱动输入端，驱动电路产生的采样控制信号ADST、IRFPA输出信号及同步信号CHOP连接到数据采集卡的信号输入端。
Sy为行起始脉冲信号，给器件提供行起始控制信号，开始行扫描。Cpy为行扫描脉冲信号，给器件提供行扫描的时钟信号，使得器件每行在该信号的时钟控制下，扫描像元信号。Sx为列起始脉冲信号，给器件提供列起始控制信号，开始列扫描。Cpx为列扫描脉冲信号，给器件提供列扫描的时钟信号，使得器件每列在该信号的时钟控制下，扫描像元信号。
采集***就是采用PCI-6115数据采集卡，将设计的采集时钟信号连入采集卡，实现在有效像元输出的时刻启动触发采集卡，在采集时钟脉冲的边沿采集数据，在像元输出结束时刻停止采集卡的采样。
采用上述热释电型IRFPA图像采集***进行图像采集的方法的步骤包括：
1)将驱动电路产生的行起始信号Sy和采样时钟信号ADST分别接入到采集卡，将行起始信号Sy作为触发起始信号，将热释电IRFPA器件的输出信号连接到采集卡的模拟输入通道上，将同步控制信号CHOP连接到采集卡的数字输入通道上，将数据采集卡采集触发方式选择为上升沿触发，触发电平为0，数字通道采集CHOP信号，将数字通道采集的时钟与模拟通道采集的时钟设定为同一个信号；在采集时，将采集的相邻的亮场数据和暗场数据设为一帧数据，通过设定采集的帧数控制采样结束，将控制采样结束的采集帧数设为F；
2)数据采集卡实时监测Sy信号的上升沿，当数据采集卡接收到Sy信号的上升沿时，触发采集卡开始进行像元数据的采样，并根据Sy信号奇偶上升沿的触发来判断亮暗场信号数据，在采样时钟ADST的时钟控制下，采集卡对模拟输入通道中的模拟信号即IRFPA输出信号进行采集，同时对数字通道中的数字信号CHOP即斩波器的同步信号进行采集；数据采集卡实时监测采集帧数，当采集帧数小于F时，采集卡继续进行像元数据的采样以及斩波器的同步信号的采集；当采集帧数为F时，控制采样结束，等待下一次Sy信号上升沿的触发后开始进行像元数据的采样；
3)当采样结束后，数据采集卡根据采集的同步信号CHOP的高低电平对采集的像元暗场、亮场数据进行区分存储，并将亮场数据减去暗场数据作差分运算，即可得到有效的热释电型图像数据，F帧图像数据，每帧图像数据包括第i行第j列像元输出的响应电压；
4)采用如下公式对差分解调后的图像数据进行去噪和校正处理，采用的公式为：
Figure BDA0003420939430000121
Figure BDA0003420939430000122
Figure BDA0003420939430000123
Figure BDA0003420939430000124
其中F为采样的帧数，对应于采集的次数，V(i,j,f)表示第f帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j)表示第i行第j列像元输出在不同帧的平均响应电压，M为探测器IRFPA的行数，N为探测器IRFPA的列数，Vavg为采集一场时IRFPA探测器上所有像元的信号平均值，d为探测器IRFPA光敏单元阵列中的死像元个数；h为探测器IRFPA光敏单元阵列中的过热像元个数；k为采样的场数；V′avg为采集一场时IRFPA探测器上所有有效像元的信号平均值；
Figure BDA0003420939430000125
为采集多场时IRFPA探测器上所有有效像元的信号平均值。
Figure BDA0003420939430000126
为非均匀性校正以后的各个像元输出；Kij和Bij各个像元对应的待校正增益因子和校正偏置因子；
Figure BDA0003420939430000127
和
Figure BDA0003420939430000128
分别是两个高低温度点下的辐照度像元输出；
Figure BDA0003420939430000129
和
Figure BDA00034209394300001210
分别是标定的标准像元输出；
Figure BDA00034209394300001211
和
Figure BDA00034209394300001212
分别为在高低温度点下像元输出
Figure BDA00034209394300001213
和
Figure BDA00034209394300001214
中选取灰度概率最大的输出。
采用灰度变换算法对红外图像电压数据进行线性映射，实现灰度值变换，由灰度编码算法即可在软件平台上显示红外图像。
当行起始脉冲信号Sy的奇数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据，当行起始脉冲信号Sy的偶数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据，因此可以用行起始脉冲信号Sy的奇偶上升沿触发来作为图像采集亮暗场的同步判断信号。
Sy信号上升沿与CHOP信号边沿时刻对准；高电平持续时间低于低电平持续时间，周期>＝IRFPA探测器的行数。
采样时钟信号ADST的时钟周期与列扫描时钟信号周期一致，每个脉冲信号保证与像元输出脉冲周期一致。
驱动电路采用CPLD器件输出驱动信号，采用VHDL编程的方式，设计如图2所示的时序波形图。
将驱动电路产生的行起始信号Sy和采样时钟信号ADST分别接入到采集卡的PFI口，行起始信号Sy是接入到采集卡的PFI1口，作为触发起始信号，采样时钟信号ADST接入到采集卡的PFI7口，要采集的输入信号连接到采集卡的模拟输入通道上，同步控制信号CHOP连接到采集卡的数字输入通道上，将数据采集卡采集触发方式选择为上升沿触发，触发通道为PFI1，触发电平为0，模拟通道采样时钟选择PFI7通道，模式选择为外部时钟I/Oconnector，数字通道采集CHOP信号，将数字输入通道的时钟DI Scan Start设置为模拟输入通道的采样信号AI Scan Start。
本发明通过软件操作平台控制采集卡的采集，利用采集帧数，对像元的行列输出进行多次采集，
以本发明的采集时序设计方法，配置触发信号可以用于开始启动采集，以像元个数来结束采集，以采样时钟信号控制采样的时序。选择触发信号连接的通道、触发的类型、触发的电平值以及触发的边沿。采用外部时钟控制模式，通过外部时钟来控制采样的起始时间以及采样的时钟，因此需要配置采集卡的触发起始信号与采样时钟，以便与外部信号的硬件连接一致。
以Sy信号的上升沿开启NI数据采集卡，采用数字信号Sy来作为触发起始信号，因此触发的类型选择数字起始触发类型DigitalA。触发的边沿选择上升沿触发。以ADST信号控制数据采集卡的时钟信号采样的时钟是通过外部信号输入，在软件配置的时候ScanClockSource只能选择I/OConnector方式。ADST信号作为采样时钟信号引入采集卡的时钟控制端。采集卡运行采集图像数据的时候，每次采集2帧像元点。通过采集卡采集行起始脉冲信号Sy的奇数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据，当行起始脉冲信号Sy的偶数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据，以亮场数据减去暗场数据作差分解调运算，即可得到有效的热释电型图像数据。
通过软件操作平台控制采集卡的采集，利用采集帧数，对像元的行列输出进行多次采集，通过采集***对像元暗场亮场的区分、亮场与暗场信号的差分解调后，通过对多次采集的图像信号的平均处理，以达到对图像信号去除随机噪声的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，包括斩波器、热释电IRFPA器件、驱动模块和NI-DAQ采集***；
斩波器的调制信号数据输出端与热释电IRFPA器件的调制信号数据输入端相相连连，斩波器的同步信号数据输出端与驱动模块的同步信号数据输入端相连，驱动模块的驱动信号数据输出端与热释电IRFPA器件的驱动信号数据输入端相连，驱动模块的采样控制信号数据输出端与NI-DAQ采集***的采样控制信号数据输入端相连，热释电IRFPA器件的图像信号数据输出端与NI-DAQ采集***的图像信号数据输入端相连；
斩波器用于对进入热释电IRFPA器件的红外辐射进行调制，以及用于对驱动模块产生同步信号CHOP；
驱动模块接收到斩波器产生的同步信号CHOP后，向热释电IRFPA器件发出驱动信号，以及向NI-DAQ采集***发出采样控制信号，使其NI-DAQ采集***采集热释电IRFPA器件输出的图像信号。
2.根据权利要求1所述的热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，还包括PC机，PC机的图像数据输入端与NI-DAQ采集***的图像数据输出端相连，PC机将NI-DAQ采集***输出的图像数据展现在PC机显示屏上。
3.根据权利要求2所述的热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，驱动模块包括驱动信号发送单元、同步信号接收单元、采样控制信号发送单元和微控制器；
同步信号接收单元的同步信号数据输入端与斩波器的同步信号数据输出端相连，驱动信号发送单元的驱动信号数据输出端与热释电IRFPA器件的驱动信号数据输入端相连，采样控制信号发送单元的采样控制信号数据输出端与NI-DAQ采集***的采样控制信号数据输入端相连；
同步信号接收单元的同步信号发送端与微控制器的同步信号接收端相连，驱动信号发送单元的驱动信号接收端与微控制器的驱动信号发送端相连，采样控制信号发送单元的采样控制信号接收端与微控制器的采样控制信号发送端相连；
微控制器根据同步信号接收单元接收的同步信号，微控制器向驱动信号发送单元和采样控制信号发送单元发送控制信号，驱动信号发送单元根据微控制器发送的控制信号向热释电IRFPA器件发出驱动信号，向NI-DAQ采集***发出采样控制信号。
4.根据权利要求3所述的热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，驱动信号发送单元包括行起始脉冲信号单元、行扫描脉冲信号单元、列起始脉冲信号单元、列扫描脉冲信号单元和脉冲控制器；
行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的行起始脉冲信号输出控制端相连，行扫描脉冲信号单元的行扫描脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的行扫描脉冲信号输出控制端相连，列起始脉冲信号单元的列起始脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的列起始脉冲信号输出控制端相连，列扫描脉冲信号单元的列扫描脉冲信号输入控制端与脉冲控制器的列扫描脉冲信号输出控制端相连；
行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的行起始脉冲驱动信号数据输入端相连，行扫描脉冲信号单元的行扫描脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的行扫描脉冲驱动信号数据输入端相连，列起始脉冲信号单元的列起始脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的列起始脉冲驱动信号数据输入端相连，列扫描脉冲信号单元的列扫描脉冲信号输出端与热释电IRFPA器件的列扫描脉冲驱动信号数据输入端相连；脉冲控制器的驱动信号接收端与微控制器的驱动信号发送端相连；
脉冲控制器根据接收的微控制器发送的控制信号，脉冲控制器分别向行起始脉冲信号单元、行扫描脉冲信号单元、列起始脉冲信号单元、列扫描脉冲信号单元之一或者任意组合发送脉冲信号；
行起始脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，行起始脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送行起始脉冲信号Sy，给热释电IRFPA器件提供行起始控制信号，热释电IRFPA器件开始行扫描；
行扫描脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，行扫描脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送行扫描脉冲信号Cpy，给热释电IRFPA器件提供行扫描的时钟信号，使得热释电IRFPA器件每行在该信号的时钟控制下，扫描像元信号；
列起始脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，列起始脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送列起始脉冲信号Sx，给热释电IRFPA器件提供列起始控制信号，热释电IRFPA器件开始列扫描；
列扫描脉冲信号单元接收到脉冲控制器发送的脉冲信号后，列扫描脉冲信号单元向热释电IRFPA器件发送列扫描脉冲信号Cpx，给热释电IRFPA器件提供列扫描的时钟信号，使得热释电IRFPA器件每列在该信号的时钟控制下，扫描像元信号。
5.根据权利要求4所述的热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，还包括：行起始脉冲信号单元的行起始脉冲信号输出端与NI-DAQ采集***的工作触发起始信号输入端相连，当其行起始脉冲信号单元将其行起始脉冲信号Sy发送至NI-DAQ采集***，NI-DAQ采集***接收到行起始脉冲信号单元发送的行起始脉冲信号Sy后，NI-DAQ采集***开始工作，NI-DAQ采集***利用驱动模块向NI-DAQ采集***发出的采样控制信号，接收IRFPA器件输出的图像信号。
6.根据权利要求5所述的热释电型IRFPA图像采集***，其特征在于，依据IRFPA热释电驱动时序要求，当连续采集，行起始脉冲信号Sy第一个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据；行起始脉冲信号Sy第二个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据；行起始脉冲信号Sy第三个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据；行起始脉冲信号Sy第四个上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据；以此类推，当行起始脉冲信号Sy的奇数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为亮场信号数据，当行起始脉冲信号Sy的偶数上升沿触发时，此时采集到的像元输出数据为暗场信号数据，因此可以用行起始脉冲信号Sy的奇偶上升沿触发来作为图像采集亮暗场的同步判断信号。
7.一种热释电型IRFPA图像采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将驱动模块产生的行起始信号Sy和采样时钟信号ADST分别接入到采集卡，将行起始信号Sy作为触发起始信号，将热释电IRFPA器件的输出信号连接到采集卡的模拟输入通道上，将同步控制信号CHOP连接到采集卡的数字输入通道上，将数据采集卡采集触发方式选择为上升沿触发，触发电平为0，数字通道采集CHOP信号，将数字通道采集的时钟与模拟通道采集的时钟设定为同一个信号；在采集时，将采集的相邻的亮场数据和暗场数据设为一帧数据，通过设定采集的帧数控制采样结束，将控制采样结束的采集帧数设为F；
S2，数据采集卡实时监测Sy信号的上升沿，当数据采集卡接收到Sy信号的上升沿时，触发采集卡开始进行像元数据的采样，并根据Sy信号奇偶上升沿的触发来判断亮暗场信号数据，在采样时钟ADST的时钟控制下，采集卡对模拟输入通道中的模拟信号即IRFPA输出信号进行采集，同时对数字通道中的数字信号CHOP即斩波器的同步信号进行采集；数据采集卡实时监测采集帧数，当采集帧数小于F时，采集卡继续进行像元数据的采样以及斩波器的同步信号的采集；当采集帧数为F时，控制采样结束，等待下一次Sy信号上升沿的触发后开始进行像元数据的采样；
S3，当采样结束后，数据采集卡根据采集的行起始脉冲信号Sy的奇偶上升沿触发对采集的像元暗场、亮场数据进行区分存储，并将亮场数据减去暗场数据作差分运算，即可得到有效的热释电型F帧图像数据，每帧图像数据包括第i行第j列像元输出的响应电压；
S4，对差分解调后的图像数据进行去噪以及校正处理；得到其红外图像电压数据；
S5，采用灰度变换算法对红外图像电压数据进行线性映射，实现灰度值变换，由灰度编码算法得到红外图像。
8.根据权利要求7所述的热释电型IRFPA图像采集方法，其特征在于，还包括步骤S6，将步骤S5中得到的红外图像展现在PC机显示屏上。
9.根据权利要求7所述的热释电型IRFPA图像采集方法，其特征在于，在步骤S4中，对差分解调后的图像数据进行去噪处理的计算方法为：
S41，获取F帧图像数据各个像元点输出的相应电压，记作V(i,j,f)，V(i,j,f)表示采集一场时第f帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，i＝1、2、3、……、M，M表示图像的高度值，j＝1、2、3、……、N，N表示图像的宽度值；f＝1、2、3、……、F，F表示采样的帧数；
S42，根据F帧图像数据各个像元点输出的相应电压将相同像元点处的响应电压构成相同像元点的响应电压集合，记作{V(i,j,1),V(i,j,2),V(i,j,3),…,V(i,j,F)}，{V(i,j,1),V(i,j,2),V(i,j,3),…,V(i,j,F)}表示相同像元点的响应电压集合，V(i,j,1)表示采集一场时第1帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,2)表示采集一场时第2帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,3)表示采集一场时第3帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压，V(i,j,F)表示采集一场时第F帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压；
S43，获取相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压和最小响应电压，记作V(i,j)max和V(i,j)min，V(i,j)max表示相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压，V(i,j)min表示相同像元点的响应电压集合中的最小响应电压；
S44，根据步骤S43中相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压和最小响应电压以及步骤S42中的各个像元点输出的相应电压计算图像每个像元点的实际响应电压，其每个像元点的实际响应电压的计算方法为：
Figure FDA0003420939420000061
其中，F为采样的帧数，对应于采集的次数；
V(i,j,f)表示采集一场时第f帧采集时第i行第j列像元输出的响应电压；
V(i,j)max表示相同像元点的响应电压集合中的最大响应电压；
V(i,j)min表示相同像元点的响应电压集合中的最小响应电压；
V(i,j)表示采集一场时第i行第j列像元输出的实际响应电压。
10.根据权利要求7所述的热释电型IRFPA图像采集方法，其特征在于，在步骤S4中，对差分解调后的图像数据进行校正处理的计算方法为：
Figure FDA0003420939420000062
Figure FDA0003420939420000063
为校正以后的各个像元输出；
Kij为各个像元对应的待校正增益因子；
Bij为各个像元对应的待校正偏置因子；
Figure FDA0003420939420000064
为输入的各个像元；
Figure FDA0003420939420000065
其中，
Figure FDA0003420939420000066
和
Figure FDA0003420939420000067
分别是标定的标准像元输出；
Figure FDA0003420939420000068
和
Figure FDA0003420939420000069
分别是两个高低温度点下的辐照度像元输出；
Kij为各个像元对应的待校正增益因子；
Figure FDA00034209394200000610
Figure FDA00034209394200000611
和
Figure FDA00034209394200000612
分别是两个高低温度点下的辐照度像元输出；
Figure FDA00034209394200000613
和
Figure FDA00034209394200000614
分别是标定的标准像元输出；
Bij为各个像元对应的待校正偏置因子；
标准像元的选取方法采用对应灰度概率最大法；
Figure FDA0003420939420000071
Figure FDA0003420939420000072
其中，
Figure FDA0003420939420000073
和
Figure FDA0003420939420000074
分别为在高低温度点下像元输出
Figure FDA0003420939420000075
和
Figure FDA0003420939420000076
中选取灰度概率最大的输出。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5787286A (en) * 1980-11-19 1982-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Pyroelectric camera device
JP2004233314A (ja) * 2003-02-03 2004-08-19 Mitsubishi Electric Corp 熱型赤外線固体撮像素子
CN101825516A (zh) * 2010-05-04 2010-09-08 电子科技大学 一种红外焦平面阵列器件的测试装置及其测试方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5787286A (en) * 1980-11-19 1982-05-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Pyroelectric camera device
JP2004233314A (ja) * 2003-02-03 2004-08-19 Mitsubishi Electric Corp 熱型赤外線固体撮像素子
CN101825516A (zh) * 2010-05-04 2010-09-08 电子科技大学 一种红外焦平面阵列器件的测试装置及其测试方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何健;胡旭;李勃;洪建堂;: "基于DSP+FPGA的IRFPA实时图像数字处理***设计与实现", 红外技术, no. 01 *
刘成康, 袁祥辉, 汪涛, 贾功贤: "电流模技术在CMOS读出电路中的应用", 红外技术, no. 02 *
李兵, 杨春林, 潘银松, 袁祥辉: "可编程逻辑器件在红外焦平面阵列读出电路信号源中的应用", 红外技术, no. 02 *
程瑶: "基于虚拟仪器的IRFPA测试、热成像实验***研究", 中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士) 信息科技辑, pages 4 *
程瑶;袁祥辉;: "热释电IRFPA图像采集***设计", 半导体光电, no. 05, pages 1 - 2 *
闫文成, 沈晓燕, 皮德富: "FPGA实现红外焦平面的非均匀性校正", 光电子技术, no. 02 *

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