專利名稱：高清熱成像紅外探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外熱成像領(lǐng)域，特別涉及一種高清熱成像紅外探測(cè)器。
背景技術(shù)：
紅外焦平面陣列(IRFPA)在軍事、醫(yī)療、工業(yè)與科學(xué)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。但是由于受到材料和制作工藝等方面的限制，現(xiàn)有基于紅外焦平面陣列器件獲得的紅外圖像，尤其是基于非制冷紅外探測(cè)器輸出的紅外圖像，存在非常嚴(yán)重的網(wǎng)格紋，嚴(yán)重影響紅外圖像質(zhì)量，進(jìn)而限制了紅外焦平面陣列的廣泛應(yīng)用。為解決這個(gè)問(wèn)題，目前發(fā)展出各種各樣的圖像處理技術(shù)，比如非均勻性校正技術(shù)和專門的消除網(wǎng)格紋的圖像處理軟件算法等，這些技術(shù)和算法雖然能夠有效消除紅外圖像的網(wǎng)格紋，但有其明顯的缺點(diǎn)1)無(wú)論非均勻性校正算法還是消除網(wǎng)格紋算法，均需要消耗處理設(shè)備的存儲(chǔ)空間以及系統(tǒng)資源，尤其有部分算法，對(duì)系統(tǒng)要求過(guò)高，常常還難以做到實(shí)時(shí)。如果應(yīng)用在在手持設(shè)備等電池供電的系統(tǒng)中，很容易應(yīng)能耗過(guò)大導(dǎo)致手持設(shè)備在較短時(shí)間就耗光電池的能量，使得手持設(shè)備無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間工作；2)某些算法，尤其單點(diǎn)非均勻性校正算法，常需要中斷紅外熱像儀的正常工作，這對(duì)應(yīng)用于目標(biāo)搜索和跟蹤的紅外熱像儀來(lái)說(shuō)，是一個(gè)致命缺陷，非常容易使正處于校正過(guò)程中的熱像儀丟失目標(biāo)?；诂F(xiàn)有解決紅外圖像的網(wǎng)格紋的技術(shù)存在諸多不足，因此，迫切需要一種新方式來(lái)解決紅外圖像的網(wǎng)格紋的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高清熱成像紅外探測(cè)器，以消除紅外圖像的網(wǎng)格紋。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的高清熱成像紅外探測(cè)器，包括由多個(gè)有效感光元件與被遮蔽的無(wú)效感光元件構(gòu)成的感光陣列，其中，該感光陣列的每一行及每一列中均有至少一個(gè)無(wú)效感光元件；讀出電路，與所述感光陣列相連接，用于基于偏置電壓將無(wú)效感光元件及每一有效感光元件所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，同一行采用同一偏置電壓，同一列采用同一偏置電壓；以及校準(zhǔn)電路，與所述讀取電路相連接，用于基于每一行無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正以及基于每一列無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正，并將校正后的各電信號(hào)輸出。較佳地，一行中的無(wú)效感光元件的數(shù)量為3，一列中的無(wú)效感光元件的數(shù)量為8。綜上所述，本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器基于感光陣列中的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)進(jìn)行校正，由此可有效消除行條紋及列條紋；由于本發(fā)明基于硬件電路來(lái)消除行條紋及列條紋，因此，也可有效避免現(xiàn)有基于算法等來(lái)消除行條紋及列條紋所導(dǎo)致的諸多缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器的感光陣列的一種優(yōu)選實(shí)施例示意圖。圖3為本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器的感光陣列的另一種優(yōu)選實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器1包括感光陣列11、讀出電路12及校準(zhǔn)電路13。所述感光陣列11由多個(gè)有效感光元件與被遮蔽的無(wú)效感光元件構(gòu)成，其中，所述感光陣列11的每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列中均有至少一個(gè)無(wú)效感光元件。有效感光元件用于接收外部紅外輻射等，無(wú)效感光元件被遮蔽以便其不能接收外部紅外輻射。例如，如圖2所示，其為一種優(yōu)選感光陣列示意圖。該感光陣列11包括多個(gè)有效感光元件111及多個(gè)無(wú)效感光元件112，其中，每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列均設(shè)置有1個(gè)無(wú)效感光元件112。又例如，如圖3所示，其為另一種優(yōu)選感光陣列示意圖。該感光陣列11包括多個(gè)有效感光元件111及多個(gè)無(wú)效感光元件112，其中，每一有效感光元件所在行及無(wú)效感光元件所在行均設(shè)置有3個(gè)無(wú)效感光元件112，每一有效感光元件所在列及無(wú)效感光元件所在列均設(shè)置有8個(gè)無(wú)效感光元件112。需要說(shuō)明的是，上述所示感光陣列僅僅只是列示，而非對(duì)本發(fā)明的限制，事實(shí)上， 每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列所設(shè)置的無(wú)效感光元件可以是2個(gè)或3個(gè)以上等等，此外，每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列所設(shè)置的無(wú)效感光元件也可各不相同等等。所述讀出電路12與所述感光陣列11相連接，用于基于偏置電壓將無(wú)效感光元件及每一有效感光元件所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，同一行采用同一偏置電壓，同一列采用同一偏置電壓。優(yōu)選地，所述讀出電路12可采用自積分型讀出電路、源隨器型讀出電路、直接注入讀出電路、反饋增強(qiáng)直接注入讀出電路、或電流鏡柵調(diào)制讀出電路等等。例如，對(duì)于圖2所示的感光陣列，所述讀出電路12基于偏置電壓將每一無(wú)效感光元件及每一有效感光元件各自所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。又例如，對(duì)于圖3所示的感光陣列，所述讀出電路12基于偏置電壓將每一有效感光元件所在行的無(wú)效感光元件、每一有效感光元件所在列的無(wú)效感光元件及每一有效感光元件各自所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。所述校準(zhǔn)電路13與所述讀取電路12相連接，用于基于每一行無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正以及基于每一列無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正，并將校正后的各電信號(hào)輸出。優(yōu)選地，當(dāng)一行或一列中的無(wú)效感光元件只有一個(gè)時(shí)，所述校準(zhǔn)電路13直接將該行或該列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與該行或該列無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減以獲得校正后的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
例如，當(dāng)所述感光陣列11如圖2所示，則所述校準(zhǔn)電路13將第一行中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與第一行的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的第一行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將第二行中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與第二行的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的第二行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，……將最后一行中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與最后一行的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的最后一行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；隨后，所述校準(zhǔn)電路13再將第一列中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與第一列的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的第一列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，將第二列中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與第二列的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的第二列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，……將最后一列中的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)與最后一列的無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相減來(lái)獲得校正后的最后一列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，隨后，將校正后的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)予以輸出。優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)電路13可采用由于緩存電信號(hào)的緩沖器及減法電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，當(dāng)一行或一列中的無(wú)效感光元件有多個(gè)時(shí)，所述校準(zhǔn)電路13還包括計(jì)算電路(未予圖示)。所述計(jì)算電路用于計(jì)算該多個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的平均值，以便所述校準(zhǔn)電路基于所述平均值來(lái)對(duì)該多個(gè)無(wú)效感光元件所在行或列的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正。更為優(yōu)選地，當(dāng)一行中的無(wú)效感光元件有多個(gè)、且該行包含的有效感光元件所在各列中至少有一列包含的無(wú)效感光元件有多個(gè)時(shí)，所述校準(zhǔn)電路包括至少兩個(gè)計(jì)算電路。 其中，一個(gè)計(jì)算電路用于計(jì)算該行中多個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的平均值，另一個(gè)用于計(jì)算一列中多個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的平均值。例如，當(dāng)所述感光陣列11如圖3所示，則所述校準(zhǔn)電路13中的第一個(gè)計(jì)算電路先將第一行中3個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相加后除以3來(lái)獲得第一行中3個(gè)無(wú)效感光元件的電信號(hào)的平均值，第二個(gè)計(jì)算電路先將第一列中8個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相加后除以8來(lái)獲得第一列中8個(gè)無(wú)效感光元件的電信號(hào)的平均值，隨后，所述校準(zhǔn)電路13再將第一行第一列的有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)減去第一行中3個(gè)無(wú)效感光元件的電信號(hào)的平均值與第一列中8個(gè)無(wú)效感光元件的電信號(hào)的平均值之和，以獲得校正后的第一行第一列的有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，隨后所述校準(zhǔn)電路13再基于前述獲得校正后的第一行第一列的有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)相同的方式來(lái)獲得校正后的其他有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。需要說(shuō)明的是，基于上述說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解校準(zhǔn)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，故在此不再詳述。綜上所述，本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器基于無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正，由此可有效消除紅外圖像的網(wǎng)格紋，原因在于 對(duì)于積分型讀出電路而言，相同行的感光元件被相同的偏置電壓偏置，因?yàn)槠秒妷涸肼暤拇嬖?，?dāng)讀出電路對(duì)不同行的感光元件所感測(cè)的信號(hào)積分時(shí)，由于不同行各自所對(duì)應(yīng)的偏置電壓不同，因此即使感光陣列暴露在相同的紅外輻射條件下，不同行的感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)也不相同；而對(duì)同一行的感光元件而言，因?yàn)橥恍懈泄庠钠秒妷合嗤?所以同一行的感光元件暴露在相同的紅外輻射條件下時(shí)，各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)是相同的， 換句話說(shuō)，同一行感光元件的輸出具有相同的截距，這種讀出電路方式表現(xiàn)在紅外圖像上便是行條紋。因此，本發(fā)明的高清熱成像紅外探測(cè)器中，在感光陣列的每一行及每一列中設(shè)有無(wú)效感光元件，該些無(wú)效感光元件不接受外部輻射，但各自的結(jié)構(gòu)與有效感光元件相同， 則同一行的有效感光元件和無(wú)效感光元件具有相同的輸出響應(yīng)截距，因此，將同一行的有效感光元件的輸出響應(yīng)減去同行無(wú)效感光元件的輸出響應(yīng)，則可以消除不同行有效感光元件因?yàn)槠秒妷翰煌斐傻男袟l紋?；谏鲜鐾瑯拥脑?，讀出電路所輸出的每一列有效感光元件各自的電信號(hào)也會(huì)存在列條紋，因此，同樣采用將同一列的有效感光元件的輸出響應(yīng)減去同列無(wú)效感光元件的輸出響應(yīng)，則可以消除不同列有效感光元件因?yàn)槠秒妷翰煌斐傻牧袟l紋；此外，雖然無(wú)效感光元件數(shù)量越多，越有利于消除行條紋及列條紋，但基于制作工藝的考量，優(yōu)選為一行設(shè)置3個(gè)無(wú)效感光元件，一列設(shè)置8個(gè)無(wú)效感光元件；而且， 基于研究表明，一行設(shè)置3個(gè)無(wú)效感光元件，相較于一行設(shè)置1個(gè)無(wú)效感光元件，其消除行條紋噪聲的能力提高1. 737倍；一列設(shè)置8個(gè)無(wú)效感光元件，相較于一列設(shè)置1個(gè)無(wú)效感光元件，其消除列條紋噪聲的能力提高到2. 8倍。 上述實(shí)施例僅列示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書(shū)所列。
權(quán)利要求
1.一種高清熱成像紅外探測(cè)器，其特征在于包括由多個(gè)有效感光元件與被遮蔽的無(wú)效感光元件構(gòu)成的感光陣列，其中，該感光陣列的每一有效感光元件所在行及每一有效感光元件所在列中均有至少一個(gè)無(wú)效感光元件；讀出電路，與所述感光陣列相連接，用于基于偏置電壓將無(wú)效感光元件及每一有效感光元件所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，同一行采用同一偏置電壓，同一列采用同一偏置電壓；校準(zhǔn)電路，與所述讀取電路相連接，用于基于每一行無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正以及基于每一列無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正，并將校正后的各電信號(hào)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的高清熱成像紅外探測(cè)器，其特征在于當(dāng)一行或一列中的無(wú)效感光元件有多個(gè)時(shí)，所述校準(zhǔn)電路還包括 計(jì)算電路，用于計(jì)算該多個(gè)無(wú)效感光元件各自所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的平均值，以便所述校準(zhǔn)電路基于所述平均值來(lái)對(duì)該多個(gè)無(wú)效感光元件所在行或列的每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正。
3.如權(quán)利要求2所述的高清熱成像紅外探測(cè)器，其特征在于當(dāng)一行中的無(wú)效感光元件有多個(gè)、且該行包含的有效感光元件所在的列中至少有一列包含的無(wú)效感光元件有多個(gè)時(shí)，所述校準(zhǔn)電路包括至少兩個(gè)計(jì)算電路。
4.如權(quán)利要求1所述的高清熱成像紅外探測(cè)器，其特征在于一行中的無(wú)效感光元件的數(shù)量為3。
5.如權(quán)利要求1所述的高清熱成像紅外探測(cè)器，其特征在于一列中的無(wú)效感光元件的數(shù)量為8。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高清熱成像紅外探測(cè)器，其包括由多個(gè)有效感光元件與被遮蔽的無(wú)效感光元件構(gòu)成的感光陣列，其中，該感光陣列的每一行及每一列中均有至少一個(gè)無(wú)效感光元件；讀出電路，用于基于偏置電壓將無(wú)效感光元件及每一有效感光元件所感測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其中，同一行采用同一偏置電壓，同一列采用同一偏置電壓；以及校準(zhǔn)電路，用于基于每一行無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該行每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正以及基于每一列無(wú)效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)來(lái)對(duì)該列每一個(gè)有效感光元件所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行校正。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于基于硬件電路來(lái)消除行條紋及列條紋，因此可有效避免現(xiàn)有基于算法等來(lái)消除行條紋及列條紋所導(dǎo)致的諸多缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J5/10GK102564605SQ201110352748
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者魏建明 申請(qǐng)人:魏建明