[发明专利]基于数字域TDI的红外成像方法

摘要

基于数字域TDI的红外成像方法，属于红外成像技术领域，为了解决常规红外成像方法无法实现灵活连续的积分级数选择与大目标范围的图像采集的问题，目标辐射信号经过光学镜头汇聚到面阵红外探测器上，面阵红外探测器将目标的辐射信号转换为模拟电压信号，该信号经过运算放大器完成阻抗匹配与比例放大，并输出与A/D转换器输入端相匹配的模拟信号，该信号经由A/D转换器进行数字量化，再输出至FPGA电路，量化后的图像数据以帧为单位存储在FPGA电路中，完成多帧图像数据的缓存与TDI迭加算法，最后输出处理后的图像数据；本发明有效的增加了曝光时间，提高了系统的灵敏度，能够对弱辐射目标进行探测与侦察。

主权项

1.基于数字域TDI的红外成像方法，其特征是，目标辐射信号经过光学镜头(1)汇聚到面阵红外探测器(2)上，面阵红外探测器(2)将目标的辐射信号转换为模拟电压信号，该信号经过运算放大器(3)完成阻抗匹配与比例放大，并输出与A/D转换器(4)输入端相匹配的模拟信号，该信号经由A/D转换器(4)进行数字量化，再输出至FPGA电路(6)，量化后的图像数据以帧为单位存储在FPGA电路(6)中，完成多帧图像数据的缓存与TDI迭加算法，最后输出处理后的图像数据；所述的TDI迭加算法如下：设T1时刻，针对M×N像元阵列的面阵红外探测器，P1(i，j)为像元(i，j)的图像灰度，此时刻对目标A区域成像的像元阵列为第一行像元，即P1(1，j)，j＝1～N，对目标B区域成像的像元阵列为第二行像元，即P1(2，j)，j＝1～N，同理C～E目标区域，分别对应P1(3，j)～P1(M，j)，j＝1～N；在T2时刻，所述面阵红外探测器(2)相对于目标进行移动，此时对目标B区域成像的像元阵列为第一行像元，即P2(1，j)，j＝1～N，同理C～F目标区域，分别对应P2(2，j)～P2(M，j)，j＝1～N；因此，如果积分级数为2级，则此时对目标B区域的数字域TDI迭加结果为：P2(2，j)＝[P2(1，j)+VT]+[P1(2，j)+VT]，1≤j≤N式中VT为环境辐射因素对应的补偿量；如果积分级数为3级，则此时输出的第一行图像数据应对应于目标C区域，因此数字域TDI迭加结果为：P3(3，j)＝[P3(1，j)+VT]+[P2(2，j)+VT]+[P1(3，j)+VT]，1≤j≤N同时将累加次数为三次的其他目标区域的图像数据输出；所以，对于积分级数为L级的数字域TDI迭加算法的结果为：Pk(L，j)＝[Pk(1，j)+VT]+[Pk‑1(2，j)+VT]+[Pk‑2(3，j)+VT]+…       +[Pk‑(L‑2)(M‑1，j)+VT]+[Pk‑(L‑1)(M，j)+VT]，1≤j≤N其中Pk(i，j)为Tk时刻像素(i，j)的图像数据，i＝1～M，j＝1～N；VT为环境辐射等因素对应的补偿量；积分级数的自动调整方法：设Tk时刻对于像素(i，j)的图像数据为Pk(i，j)，PMAX为图像灰度极大值，PMIN为图像灰度极小值，NMAX为饱和点数量上限，NMIN为欠曝光点数量下限，每帧图像累加后饱和点和欠曝光点的计数分别为n和m，L为期望的积分级数，J为当前的积分级数，具体实现步骤如下：步骤一、完成积分级数为J级的TDI迭加后，将饱和点和欠曝光点计数变量进行初始化，即n＝0，m＝0；步骤二、在M×N维大小的像元阵列中，将迭加后每个像元的灰度Pk(i,j)分别与PMAX、PMIN做比较，如果Pk(i,j)大于PMAX，则饱和点计数n加1，如果Pk(i,j)小于PMIN，则欠曝光点计数m加1；步骤三、当完成M×N个像元的比较后，如果饱和点计数n不小于NMAX，则将期望的积分级数L设置为当前的积分级数J，即停止继续曝光，如果欠曝光点计数m不小于NMIN且L不大于J，则将期望的积分级数L设置为积分级数J+1，继续进行累加曝光。