紅外焦平面陣列探測器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，紅外焦平面陣列探測器(IRFPA)應(yīng)運而生，它的出現(xiàn)是紅外成像史上一個劃時代的革命，同時它的出現(xiàn)也使紅外成像系統(tǒng)在民用行業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但在實際生產(chǎn)中，由于加工材料和制造工藝等因素的影響，使各探測單元之間存在響應(yīng)的非均勻性及盲元等問題，造成了成像質(zhì)量的下降，從而制約著紅外焦平面陣列探測器的應(yīng)用。因此，非均勻性和盲元問題是當(dāng)今紅外焦平面陣列成像系統(tǒng)必須解決的首要問題。文中對紅外探測技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展

2、趨勢進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，并分析了紅外焦平面陣列非均勻性及盲元產(chǎn)生的原因及特點，討論了幾種常用的非均勻性校正及盲元檢測與補(bǔ)償算法，指出了各自的優(yōu)缺點和適用場合。論文針對紅外焦平面探測器存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究，研究內(nèi)容主要有以下幾個方面： 1、針對以紅外焦平面陣列探測器為主的成像系統(tǒng)存在的非均勻性問題，在充分分析現(xiàn)有非均勻性校正算法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，得出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正算法是未來發(fā)展的方向。因此，本文采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對紅外焦平面

3、探測器非均勻性進(jìn)行了校正，該方法不需要對焦平面器件進(jìn)行標(biāo)定，對探測器參數(shù)的線性和穩(wěn)定性要求也不高，并且校正系數(shù)可以由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)連續(xù)地更新。 2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正中，把非均勻圖像x各像元的四鄰域平均值作為該像元的期望輸出進(jìn)行非均勻性校正時存在一個很大的問題，即圖像變得模糊，并且不能保持邊緣的特性。針對該問題，結(jié)合非線性的中值濾波器具有對各種噪聲模型有很好的魯棒性和良好的圖像邊緣保持特性的優(yōu)點，本文提出了一種改進(jìn)的非均勻性校

4、正方法，即將以x(i，j)為中心一定窗內(nèi)的像元集合的中值作為該像素的期望輸出，仿真結(jié)果表明改進(jìn)的算法優(yōu)于傳統(tǒng)的算法。 3、由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正算法在進(jìn)行訓(xùn)練時要賦初始權(quán)值、步長和誤差閾值，人們大都只考慮步長和誤差閾值對網(wǎng)絡(luò)收斂及收斂速度的影響，對初始權(quán)值的選取問題都沒有做深入的研究，大都是取隨機(jī)的小值作為初始權(quán)值。在我們的研究過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)步長和誤差閾值達(dá)到最佳時，網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值對網(wǎng)絡(luò)的收斂速度也有一定的影響，針對這一問題本

5、文提出了三種不同的初始權(quán)值選取方法。結(jié)果表明三種方法均能使網(wǎng)絡(luò)快速收斂、有效地抑制漂移，并且都能得到較高的校正精度。 4、針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正算法在場景長時間靜止時產(chǎn)生重影這一問題，提出了一種關(guān)于場景靜止時非均勻性的處理方法。 5、關(guān)于非均勻性的度量雖然國標(biāo)中有明確的定義，但所有方法都需要在實驗室進(jìn)行測量和標(biāo)定，操作起來相對困難。為了通過仿真實驗結(jié)果對各種非均勻性校正算法的性能進(jìn)行比較，在充分研究現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，提

6、出了一種基于灰度圖像的非均勻性計算方法，并在文中得到了很好的應(yīng)用。 6、紅外焦平面陣列中盲元的存在也是產(chǎn)生空間噪聲的一個重要原因，它與非均勻性一樣是紅外焦平面陣列器件存在的不可避免的問題。文中在給出盲元定義的基礎(chǔ)上，對盲元的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，并對盲元檢測現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，最后提出了一種提高紅外焦平面陣列盲元檢測精度的方法。結(jié)果表明該方法極大地提高了盲元檢測精度，有效地解決了傳統(tǒng)方法檢測困難或檢測精度低的問題。 7、盲元補(bǔ)