专利名称：Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法
技术领域：
本发明属于红外搜索系统中的图像增强技术，特别是一种Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法。
背景技术：
红外搜索跟踪(IRST)系统依靠接收目标的红外辐射自动搜索、探测、捕获和跟踪潜在目标。第一代^ST系统主要采用带有前置放大电路的多元探测器，通过光机扫描完成搜索，由于缺乏稳定性导致难以承受的虚警率、有限的探测距离。第二代^ST系统普遍采用焦平面探测器，能够在一定虚警率下从杂波中识别目标，探测距离也有很大提高。目前红外搜索跟踪(IRST)系统普遍采用红外焦平面传感器，线阵FPA使系统达到了更高的灵敏度和分辨率，然而由于线阵FPA扫描系统的固有限制，^ST系统不能实现任意方位的潜在目标跟踪，而采用面阵FPA的^ST系统可以较好的解决这些问题，但帧积分时间内探测器的扫描运动会使图像存在严重的拖尾，导致点目标在扫描方向上模糊成线目标给目标探测带来了影响。

发明内容
本发明的目的在于提供一种Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法及其装置，用于基于面阵FPA的红外搜索跟踪系统的时间延时积分扫描的成像，最大限度的利用图像扫描的延时积分(TDI)，提高图像的信噪比和细节分辨率。实现本发明目的的技术解决方案为一种Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，步骤如下(1)红外焦平面阵列的TDI扫描成像方式的设计，Snapshot型面阵红外探测器工作时，在一个积分周期Tint的时间内，焦平面完成整幅图像的能量积分，并将得到的信号按照逐行的顺序排列后输出，并由光机扫描结构进行扫描，使得场景中的目标在焦平面上所成的像以速度ν勻速向右运动，该运动使目标在一个积分周期Tint内向右运动一列像元；(2)扫描成像旋转角速度的选取，对于焦平面在积分时，由扫描带来的场景目标的移动应满足以下条件
权利要求
1.一种Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，其特征在于步骤如下(1)红外焦平面阵列的TDI扫描成像方式的设计，Snapshot型面阵红外探测器工作时， 在一个积分周期Tint的时间内，焦平面完成整幅图像的能量积分，并将得到的信号按照逐行的顺序排列后输出，并由光机扫描结构进行扫描，使得场景中的目标在焦平面上所成的像以速度ν勻速向右运动，该运动使目标在一个积分周期Tint内向右运动一列像元；(2)扫描成像旋转角速度的选取，对于焦平面在积分时，由扫描带来的场景目标的移动应满足以下条件
2.根据权利要求1所述的Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，其特征在于在第(1)步的光机扫描过程中，假设目标宽度在焦平面上成像宽度正好为一列像元宽度， 那么目标进入焦平面时经过一次积分，目标在图像第一列中目标强度为E ；下一次积分时， 目标出现在图像第二列中，且目标强度仍是E，将第一帧的输入图像向后移一列，与当前第二帧的图像相加，得到新的图像，此时第二列图像强度为第一帧和第二帧中目标强度之和； 当进行第三次积分时，目标出现在图像中的第三列，目标强度还是E，这样将第二帧产生的新图像和第三帧的图像相加就得到了新的第三帧图像，其中第三列图像强度为3E ；这样当焦平面不断向右移动时，目标强度得到不断的累加，直到目标进入焦平面的最后一列，也就是第η列时，经过累加的目标强度达到了 ηΕ ；在下一次积分时将第η列图像移出，此时就增强了 η倍的目标图像，此后焦平面每积分一次输出一列图像，这样就能得到经过TDI后增强了 η倍的完整图像，η是焦平面的列数。
3.根据权利要求1所述的Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，其特征在于第(3)中，SRAM分为A、B两个区域，使用FPGA内部的两个FIFO作为数据缓存，FIFO的大小能够存储一行图像数据，并以A、B区分，当采样后的图像数据到来时，先存入A FIFO中， 当A FIFO满时，使用采样时钟两倍的速率将其内部的数据读出，并写入SRAM中的A区域； 等待SRAM的写入操作完成后，将SRAM中B区域的数据以采样时钟两倍的速率按照列地址的变化顺序读出，并写入B FIFO内；最后，使用和采样时钟相同的速率将B FIFO中的数据输出；当下一帧采样后的图像数据到来时，先存入B FIFO中，当B FIFO满时，使用采样时钟两倍的速率将其内部的数据读出，并写入SRAM中的B区域；等待SRAM的写入操作完成后， 将SRAM中A区域中的数据以采样时钟两倍的速率按照列地址的变化顺序读出，并写入AFIFO内；最后，使用和采样时钟相同的速率将B FIFO中的数据输出。
4.根据权利要求1所述的Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，其特征在于在第(4)步中的采用列指针的循环移动代替图像数据的移动来实现，即首先将图像列的起始指针Wiead指向存储器空间中的第一列，当第一帧图像数据到来后，将从Wiead开始的图像读出，并且和输入图像相加后存入从Phead开始的存储器序列中，将Phead指向的那列数据输出，然后将Wiead向前移一个单位，这时Wiead指向最后一列；当第二帧图像数据到来后，此时的Wiead指向最后一列，将以最后一列为起始列的图像读出后与进来的图像相加后将所得的图像存入该位置，并且将Wiead指向的那一列输出，并将Wiead向前移动一个单位；这样不断进行下去，除了最开始的输出的η列没有得到足够的累加，之后的每一列图像都进行了 η次的累加，这样图像得到了增强。
全文摘要
本发明公开了一种Snapshot型面阵红外探测器TDI扫描成像方法，在面阵型红外焦平面阵列前安装一光机扫描结构，由光机扫描来控制图像的移动。将红外焦平面阵列得到的平移后的图像输入到数据累加处理电路，进行图像移位累加处理，得到所需图像。数据累加处理电路主要由采样电路和数字处理电路两部分组成，通过FPGA控制AD器件进行采样来完成模数转换。在完成模数转换后，将数字图像信号输入数字处理电路，由数字处理电路进行图像的移位累加，最后输出所需的图像。本发明消除了在搜索系统中使用面阵探测器时由于探测器转动带来的拖尾现象，提高了图像的信噪比，利于在目标搜索跟踪系统中及时地发现弱小目标。
文档编号G01J5/00GK102466521SQ20101054046
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者何伟基, 季尔优, 杨蔚, 柏连发, 毛义伟, 钱惟贤, 陈钱, 隋修宝, 顾国华 申请人:南京理工大学