红外探测器模拟器中多通道数模转换输出不一致性校正.pdfVIP

第26卷第5期 强 激 光 与 粒 子 束 V01．26，NO．5 201 H1GHPOWER 4年5月 T。ASERANDPARTlCT。EBEAMS 4 May，201 红外探测器模拟器中多通道数模转换 输出不一致性校正。 张冬阳l， 张建奇1， 何国经1， 袁 卫2 (1．西安电子科技大学物理与光电工程学院。西安710071； 2．渭南师范学院物理与电气工程学院。陕西渭南714000) 摘要： 针对多通道数模转换电路输出不一致性问题，将两点非均匀性校正算法引入到不一致性问题 中，提出了一种不一致性两点校正模型。通过分析红外探测器模拟器输出信号的样本数据，获得不一致性校正 因子，并在现场可编程门阵列核心处理器中实现了该不一致性校正模型。利用红外探测器模拟器模拟320× 256中波红外制冷探测器的输出信号，获得不一致性校正前后的图像。通过比较分析表明：校正前图像列平均 灰度最大起伏量为15，校正后为5，相对改善了约66．7％。 关键词：红外探测器； 不一致性校正；数模转换；现场可编程门阵列 中图分类号： ‘FN215 文献标志码： 人doi：10．1l881／HPI．PB201126．051023 随着红外焦平面器件技术的发展，高性能红外成像系统在社会各行业的应用也越来越广泛。红外成像系 统主要由红外焦平面器件和红外图像处理机组成。红外图像处理机的主要任务是对红外焦平面器件获取的图 像信号进行处理，其性能直接影响到红外成像系统的整体性能。在红外成像系统研制过程中，需要不断地对信 号处理机进行调试。多种类型的仿真技术口。71被用来测试红外成像系统图像处理机的性能。其中半实物仿 真口。1和红外景象模拟器口。71均需要探测器在回路中进行图像处理机性能的测试，但由于探测器自身特性限制， 在使用过程中不能够长时间加电，且需要持续进行制冷，使用很不方便，操作稍有不慎就会导致探测器损坏‘…。 通过仿真模式给信号处理机提供输入信号，可以避免上述问题，并且使用灵活、方便。虽然数字注入式仿真和 其他仿真方式的输出都是数字图像数据，不需要探测器在回路中对图像处理机进行测试，但它们均不能提供真 实的物理输出信号，也不能进行拥有红外成像物理效应的实时动态图像仿真，不能够全面地为图像处理机的调 试和性能测试提供服务。 红外探测器模拟器借助精确的光电成像系统模型‘。1可以定量化仿真红外焦平面阵列器件、光学系统和电 路系统的时间、空间辐射传递特性，最后以模拟电信号的方式输出仿真图像。它可以替代真实红外探测器为图 像处理机提供信号源，全面地为图像处理机的软硬件调试和性能测试提供服务。红外探测器模拟器中多通道 信号输出模块设计有多路低噪声数模转换电路，负责将模拟器仿真输出的拥有红外成像物理效应的数字图像 转换成模拟电压信号，实现对红外探测器输出电压信号的特性仿真。由于多路低噪声数模转换电路在输入相 同数字量进行数模转换时的输出电压信号存在不一致性，导致红外成像物理效应的定量化仿真结果不能在红 外探测器模拟器输出端准确表征，这严重影响了红外探测器模拟器定量化的仿真性能。鉴于此，本文深入分析 了不一致性产生的原因，引入非均匀性校正口。。。1 制冷探测器口1(拥有四路电压信号输出通道)输出特性，分析比较了校正前后图像的列向平均灰度起伏变化量， 验证了本文建立的不一致性校正模型的正确性，为红外探测器模拟器定量化仿真红外焦平面阵列器件的成像 特性提供了良好的基础。 1数模转换电路的不一致性 四路数模转换电路是仿真红外探测器模拟信号输出特性的重要部件。数模转换电路中使用的数模转换器 件、运放等电子元器件个体之问的特性差异以及电路制造工艺的差别，导致了在相同输入条件下，四路数模转 换电路输出的电压信号存在较大的不一致性问题。 *收稿日期：2013一1212； 修订日期 基金项目：国家自然科学基金项目(61301