技术领域
[0001] 本
发明红外成像技术领域，尤其是涉及一种红外成像系统和方法。
[0002]
背景技术
[0003] 红外热成像技术是基于任何超过
绝对零度的物体都具有热
辐射这一特性而发展起来的，通常利用热成像系统把物体的红外辐射通过光电转换形成可供人类视觉分辨的热图像，即接收物体发出的红外线并根据强度特点还原为物体的热图像，红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以观测到物体表面的
温度分布。
[0004] 红外热成像系统就是这种对被测目标在红外层面进行实时显示的系统。由于属于被动成像系统，该系统无论白天或是黑夜均可正常工作，完全不受光线、雨、
雪、雾、烟等各种环境的影响。这就使得红外热像仪成为在照明不良、天气恶劣等条件下进行监测的理想工具。随着经济的发展，社会认知程度的提升，红外热像仪如今已成功应用于多个领域，并在其中发挥了重要的作用。
[0005] 红外热成像系统的核心器件是红外探测器，它将物体辐射出的红外
信号转变成
电压信号，并送至后端的处理系统进行实时成像。物体辐射出的红外热信号非常微弱，并且极易受到
环境温度的影响，导致成像的效果并不理想。通常提高红外图像
质量的方法集中于后端的
图像处理算法上，譬如成像系统中的基于场景的校正算法等等。但其效果并不理想，并且无法直观的体现出探测器的性能。
[0006]
发明内容
[0007] 本发明的目的之一是提供一种能够自适应地调节偏置电压和/或积分时间，使得红外成像系统工作在最优参数下的红外成像系统和方法。
[0008] 本发明公开的技术方案包括：提供了一种红外成像方法，其特征在于，包括：在多个偏置电压或者多个积分时间下，用红外成像系统对成像目标进行多次红外成像，获得多组红外图像数据；采集每次红外成像时的工作参数，获得多组工作参数，其中所述工作参数包括当前的偏置电压、当前的积分时间、当前的环境温度、当前的红外探测器衬底温度和当前的成像目标温度；根据所述红外图像数据计算每组工作参数所对应的红外成像系统的
噪声等效温差，获得多个噪声等效温差；比较所述多个噪声等效温差，获得所述多个噪声等效温差中的最小噪声等效温差；获得所述最小噪声等效温差所对应的偏置电压或者积分时间，以所述最小噪声等效温差所对应的偏置电压为优化偏置电压或者以所述最小噪声等效温差所对应的积分时间为优化积分时间；将所述红外成像系统的工作偏置电压设置为所述优化偏置电压或者将所述红外成像系统的工作积分时间设置为所述优化积分时间。
[0009] 本发明的一个
实施例中，获得多组红外图像数据并采集每次红外成像时的工作参数的步骤包括：保持积分时间不变，以预定偏置电压步长取多个偏置电压；对于每个偏置电压，在该偏置电压和保持的积分时间下，用红外成像系统对成像目标进行红外成像，获得多组红外图像数据；采集每个偏置电压下进行红外成像时的工作参数，获得多组工作参数。
[0010] 本发明的一个实施例中，所述预定偏置电压步长为0.05至0.1伏。
[0011] 本发明的一个实施例中，获得多组红外图像数据并采集每次红外成像时的工作参数的步骤包括：保持偏置电压不变，以预定积分时间步长取多个积分时间；对于每个积分时间，基于该积分时间和保持的偏置电压，用红外成像系统对成像目标进行红外成像，获得多组红外图像数据；采集每个积分时间下进行红外成像时的工作参数，获得多组工作参数。
[0012] 本发明的一个实施例中，所述预定积分时间步长为所述红外成像系统的红外探测器的15至30个主时钟。
[0013] 本发明的实施例中还提供了一种红外成像系统，其特征在于，包括：红外探测器；主控模
块，所述主控模块控制所述红外探测器在多个偏置电压或者多个积分时间下，用红外成像系统对成像目标进行多次红外成像，获得多组红外图像数据；采集模块，所述采集模块采集每次红外成像时的工作参数，获得多组工作参数，其中所述工作参数包括当前的偏置电压、当前的积分时间、当前的环境温度、当前的红外探测器衬底温度和当前的成像目标温度；辅助控
制模块，所述辅助
控制模块根据所述红外图像数据计算每组工作参数所对应的红外成像系统的噪声等效温差获得多个噪声等效温差，比较所述多个噪声等效温差获得所述多个噪声等效温差中的最小噪声等效温差，以所述最小噪声等效温差所对应的偏置电压为优化偏置电压或者以所述最小噪声等效温差所对应的积分时间为优化积分时间，并且将所述红外成像系统的工作偏置电压设置为所述优化偏置电压或者将所述红外成像系统的工作积分时间设置为所述优化积分时间。
[0014] 本发明的一个实施例中，所述主控模块保持积分时间不变，以预定偏置电压步长取多个偏置电压，并且对于每个偏置电压，基于该偏置电压和保持的积分时间，用红外成像系统对成像目标进行红外成像，获得多组红外图像数据；所述采集模块采集每个偏置电压下进行红外成像时的工作参数，获得多组工作参数。
[0015] 本发明的一个实施例中，所述预定偏置电压步长为0.05至0.1伏。
[0016] 本发明的一个实施例中，所述主控模块保持偏置电压不变，以预定积分时间步长取多个积分时间，并且对于每个积分时间，基于该积分时间和保持的偏置电压，用红外成像系统对成像目标进行红外成像，获得多组红外图像数据；所述采集模块采集每个积分时间下进行红外成像时的工作参数，获得多组工作参数。
[0017] 本发明的一个实施例中，所述预定积分时间步长为所述红外成像系统的红外探测器的15至30个主时钟。
[0018] 本发明实施例的红外成像系统和红外成像方法中，对从原始红外图像数据中采集相关工作参数并进行处理，得到最小噪声等效温差所对应的偏置电压和/或积分时间，并将该信息反馈给红外成像系统，将红外成像系统的工作偏置电压和/或积分时间重新设置为最小噪声等效温差所对应的偏置电压和/或积分时间，从而使红外成像系统工作在最优工作参数下，使得系统的性能达到最优。
[0020] 图1是本发明一个实施例的红外成像系统的结构示意图。
[0021] 图2是本发明一个实施例的红外成像方法的流程示意图。
[0022]
具体实施方式
[0023] 下面将结合附图详细说明本发明的实施例的红外成像方法的具体步骤和红外成像系统的结构。
[0024] 图1为本发明一个实施例的红外成像系统的结构示意图，图2是本发明一个实施例的红外成像方法的流程示意图。
[0025] 如图1和图2所示，本发明的一个实施例中，一种红外成像系统包括红外探测器、主控模块、采集模块和辅助控制模块。
[0026] 红外探测器可以是能够感测红外辐射的单元，例如，可以是红外焦平面探测器阵列。
[0027] 主控模块是红外成像系统的主控制模块，它可以控制红外探测器对成像目标进行红外成像的过程。主控模块可以包括一些常规的模块，例如，如图1所示，主控模块可以包括驱动模块、转换模块和处理模块。驱动模块为红外探测器提供模拟驱动信号和数字驱动信号，从而驱动红外探测器工作。转换模块可以接收红外探测器输出的模拟
输出信号，并将该模拟输出信号转换成
数字信号。转换模块可以是
模数转换器。处理模块可以接收转换模块所转换获得的数字信号，并对数字信号进行处理（例如，盲元补偿、非均匀性校正等等），从而获得成像目标的红外图像并输出。
[0028] 容易理解，本发明的其他实施例中，主控模块还可以包括其他需要的模块或元件，在此不再详述。
[0029] 本发明的实施例中，该红外成像系统还包括采集模块和辅助控制模块。该采集模块可以从红外成像系统对成像目标进行红外成像获得的红外图像数据中采集该红外成像系统进行该次红外成像时的工作参数，辅助控制模块则根据这些工作参数获得优化积分时间和/或优化偏置电压，并设置红外成像系统工作在该优化积分时间和/或优化偏置电压下（下文中详述）。
[0030] 参考图2，下面将结合图1和图2详细说明本发明一些实施例的红外成像系统进行红外成像的过程。
[0031] 在步骤10中，红外成像系统的主控模块控制红外探测器在多个偏置电压和/或多个积分时间下对成像目标进行多次红外成像，从而获得多组红外图像数据。而在步骤20中，采集模块则采集每次红外成像时的工作参数，从而获得多组工作参数。每组工作参数对应一次红外成像。
[0032] 本发明的一些实施例中，采集模块采集的工作参数可以包括当前的偏置电压、当前的积分时间、当前的环境温度、当前的红外探测器衬底温度和当前的成像目标温度。其他的实施例中，采集模块采集的工作参数也可以包括其他适合的或者需要的参数。
[0033] 例如，一些实施例中，主控模块可以保持积分时间不变，以预定偏置电压步长（例如，0.05至0.1伏）取多个偏置电压，直到偏置电压达到最大设定值。对于所取的多个偏置电压中的每个偏置电压，都在该偏置电压和该保持不变的积分时间下用红外成像系统对成像目标进行红外成像（即在该红外成像过程中使用该偏置电压和该保持不变的积分时间），从而获得多组红外图像数据。采集模块则采集每个偏置电压下进行红外成像时的工作参数，从而获得多组工作参数。
[0034] 或者，一些实施例中，主控模块可以保持偏置电压不变，以预定积分时间步长（例如，红外成像系统的红外探测器的15至30个主时钟）取多个积分时间，直到积分时间达到最大设定值。对于所取的多个积分时间中的每个积分时间，都在该积分时间和该保持不变的偏置电压下用红外成像系统对成像目标进行红外成像（即在该红外成像过程中使用该积分时间和该保持不变的偏置电压），从而获得多组红外图像数据。采集模块则采集每个积分时间下进行红外成像时的工作参数，从而获得多组工作参数。
[0035] 采集模块采集的多组工作参数送入辅助控制模块。辅助控制模块则根据该工作参数所对应的红外图像数据，计算每组工作参数所对应的红外成像系统的噪声等效温差（NETD）。即，对于每组工作参数，辅助控制模块根据该组工作参数计算其对应的红外成像系统的噪声等效温差，从而获得多个噪声等效温差。
[0036] 例如，一些实施例中，对于每组工作参数，辅助控制模块将该组工作参数所对应的红外图像数据（例如，128
帧）的所有
像素点的灰度值取平均值，然后用每一个像素点的灰度值减去平均值得到差值，将所有的差值求均方根，即得到采集数据的RMS噪声，用得到的RMS噪声除以探测器的响应率即得到整个系统的噪声等效温差。对于每组工作参数执行这些步骤，即获得多个噪声等效温差。
[0037] 然后，辅助控制模块比较这些噪声等效温差，以获得其中的最小值，即获得该多个噪声等效温差中的最小噪声等效温差。此时，辅助控制模块可以获得该最小噪声等效温差所对应的偏置电压或者积分时间，并以最小噪声等效温差所对应的偏置电压为优化偏置电压，或者以最小噪声等效温差所对应的积分时间为优化积分时间。
[0038] 然后，辅助控制模块可以对红外成像系统的工作参数进行设置或者配置，将红外成像系统的工作偏置电压（即红外成像系统进行正常红外成像时使用的偏置电压）设置为该优化偏置电压，或者将红外成像系统的工作积分时间（即红外成像系统进行正常红外成像时使用的积分时间）设置为该优化积分时间。这样，使得红外成像系统工作在最优的偏置电压或者最优的积分时间下。
[0039] 本发明的一些实施例中，可以只按照前述的方法获得优化偏置电压或者只按照前述的方法获得优化积分时间。其他的实施例中，也可以既获得优化偏置电压也获得优化积分时间。例如，一些实施例中，可以按照前述的方法获得优化偏置电压，然后保持偏置电压为该优化偏置电压不变，以预定积分时间步长取多个积分时间，按照前述方法获得优化积分时间。或者，一些实施例中，可以按照前述的方法获得优化积分时间，然后保持积分时间为该优化积分时间不变，以预定偏置电压步长取多个偏置电压，按照前述方法获得优化偏置电压。
[0040] 本发明的一些实施例中，前述的主控模块、采集模块和/或辅助控制模块可以通过
软件、
硬件（例如，专用集成
电路或者
可编程逻辑器件等等）和/或
固件实现，本发明对此不作限制。
[0041] 本发明实施例的红外成像系统和红外成像方法中，对从原始红外图像数据中采集相关工作参数并进行处理，得到最小噪声等效温差所对应的偏置电压和/或积分时间，并将该信息反馈给红外成像系统，将红外成像系统的工作偏置电压和/或积分时间重新设置为最小噪声等效温差所对应的偏置电压和/或积分时间，从而使红外成像系统工作在最优工作参数下，使得系统的性能达到最优。
[0042] 本发明实施例的红外成像系统和红外成像方法在实际的运行过程中能够根据红外探测器在不同的衬底温度时做出自适应的调整，构建系统运行的最优配置参数，并根据配置参数实现系统的自适应调整，无需对红外热成像系统代码进行
修改，从而显著地降低了后端
信号处理的难度、系统的硬件开销、开发成本和周期。而且该红外成像系统架构简单明晰，普遍适用性强，能兼容其他红外热成像系统。
[0043] 本发明实施例的红外成像系统和红外成像方法能够自适应优化红外成像系统的配置参数，有助于解决非制冷红外探测器由于工艺方面的原因存在的焦平面非均匀性、响应的非线性以及低
信噪比等特点。提高系统的整体性能，最大程度发挥探测器的性能。
[0044] 以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
