一种红外焦平面阵列成像方法

本发明属于红外焦平面阵列成像领域，尤其涉及一种红外焦平面阵列成像方法。

背景技术：

1、红外焦平面阵列成像技术广泛应用于目标探测、遥感测绘、工业检测以及军事侦察等领域。随着成像分辨率和采集速率不断提高，系统对数据质量和运行稳定性的要求也越来越高。特别是在长时间连续工作或复杂电磁环境下，系统内部状态的微小变化可能对后续图像质量产生累积影响。

2、在现有技术中，研究重点主要集中于提高探测灵敏度、优化图像校正算法以及改善图像重建效果，而对于系统运行状态本身的在线感知与动态管理关注相对较少。系统在运行过程中受到电源波动、器件漂移、温度变化以及外界干扰等因素影响时，往往会引起偏置电平变化、共模扰动增加以及链路状态波动等现象。这些变化虽然不一定立即表现为明显的图像异常，但会逐渐影响采集数据的稳定性和可信度。

3、目前对于此类异常状态的识别大多依赖后端软件统计分析或者人工观察图像结果进行判断，其检测过程通常发生在数据采集之后，难以及时发现系统运行状态的变化。同时，异常数据仍可能参与非均匀性校正、自适应参数更新以及后续图像处理过程，从而导致校正参数偏离、图像质量下降甚至产生错误结果。

4、因此，如何在图像采集过程中同步感知系统运行状态，并根据状态变化及时调整后续处理策略，提高系统对瞬态扰动和持续异常的识别能力，成为红外焦平面阵列成像领域需要解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、针对现有红外焦平面阵列成像系统在运行过程中缺乏有效状态感知机制、异常状态识别不及时以及异常数据容易影响后续图像处理结果等问题，本发明提供的一种红外焦平面阵列成像方法。

2、为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种红外焦平面阵列成像方法，包括以下步骤：

3、s1、接收目标场景的红外辐射信息，并将红外辐射信息转换为对应的模拟信息；

4、s2、对模拟信息进行阻抗匹配、放大及滤波处理，并进行单端至差分图像信号转换；

5、s3、利用双通道共模监测机制，对参考共模模拟信号和实际共模模拟信号进行采样量化，得到参考共模数字量和实际共模数字量；以及对s2转换后的差分图像信号进行采样量化，将参考共模数字量、实际共模数字量以及对差分图像信号采样量化的数据共同输入至fpga；

6、s4、利用fpga对参考共模数字量和实际共模数字量进行连续采集，同时将采样量化后的差分图像信号作为红外图像处理的原始图像数据输入，通过fpga利用采集的参考共模数字量和实际共模数字量构建三状态自适应控制机制，并根据三状态判定结果对原始图像数据执行图像处理，输出红外焦平面阵列成像图像。

7、进一步地，所述得到参考共模数字量，包括：

8、利用第一监测通道对系统参考电压或低压差线性稳压器输出电压进行电阻分压处理；

9、对分压后的模拟电压进行采样量化，得到参考共模数字量，其中，参考共模数字量，用于表征系统供电及偏置状态的变化情况。

10、再进一步地，所述得到实际共模数字量，包括：

11、利用第二监测通道，对差分图像信号正端vp和负端vn进行模拟求和及平均运算，提取实际共模模拟信号；

12、对实际共模模拟信号进行采样量化，获取实际共模数字量，其中，实际共模数字量用于表征模拟信号链路的实际工作状态。

13、再进一步地，所述s4包括：

14、利用fpga对参考共模数字量和实际共模数字量进行连续采集，并实时计算共模一致性特征量δc、参考共模变化量δcf(t)以及实际共模变化量δca(t)；同时将采样量化后的差分图像信号作为红外图像处理的原始图像数据输入；

15、当共模一致性特征量δc、参考共模变化量δcf(t)和实际共模变化量δca(t)均处于各自设定范围内时，判定系统处于正常状态，允许非均匀性校正参数正常更新，并对采集原始图像数据进行实时处理与输出；

16、当参考共模变化量δcf(t)和/或实际共模变化量δca(t)超过设定阈值，但异常持续时间未达到预设时长时，判定系统处于冻结状态，暂停非均匀性校正参数更新，并保持上一时刻校正参数参与红外焦平面阵列成像图像处理；

17、当共模一致性特征量δc持续超过设定阈值，或者参考共模变化量δcf(t)和/或实际共模变化量δca(t)超过设定阈值的持续时间达到预设时长时，判定系统处于异常状态，对当前原始图像数据进行异常标记，并停止相关参数更新或输出异常告警信息；

18、将状态判定后的数据进行存储与组织，并基于有效原始图像数据输出红外焦平面阵列成像图像。

19、再进一步地，所述共模一致性特征量δc的表达式如下：

20、δc=|cfca|

21、其中，cf表示参考共模数字量，ca表示实际共模数字量。

22、再进一步地，所述参考共模变化量δcf(t)的表达式如下：

23、δcf(t)=|cf(t)cf(t1)|

24、其中，cf(t)表示t时刻的参考共模数字量，cf(t1)表示t-1时刻的参考共模数字量。

25、再进一步地，所述实际共模变化量δca(t)的表达式如下：

26、δca(t)=|ca(t)ca(t1)|

27、其中，ca(t)表示t时刻的实际共模数字量，ca(t1)表示t-1时刻的实际共模数字量。

28、本发明的有益效果：

29、本发明利用快速共模通道和实际共模通道构建双通道共模监测机制，通过提取共模帧间变化量和双通道一致性特征，并结合异常持续时间统计，实现normal、freeze和alert三状态自适应控制，从而提高红外焦平面阵列成像系统的数据可靠性和运行稳定性。

30、与现有技术相比，本发明通过构建基于参考共模量与实际共模量的双通道共模监测机制，实现了对系统供电状态和模拟信号链路状态的同步感知。相比于传统仅依赖处理器软件统计或单一监测信号进行状态判断的方法，本发明能够在数据采集过程中实时获取系统运行信息，提高对瞬态扰动、偏置漂移及链路异常的识别能力，增强系统运行过程中的状态可观测性。

31、本发明通过构建共模一致性特征量以及时间变化特征量，实现对系统运行状态的在线分析，并在fpga内部完成状态判决，无需依赖上位机或处理器参与复杂运算。由于状态判断过程与数据采集过程同步进行，因此能够缩短异常响应时间，提高系统实时性，降低异常数据进入后续处理流程的概率。

32、本发明提出的三状态自适应控制机制能够根据不同异常程度采取差异化处理策略。当系统处于正常状态时允许参数正常更新；当出现瞬态扰动时冻结参数更新，避免异常数据污染校正结果；当出现持续异常时及时进行告警和数据隔离。与传统统一处理方式相比，能够有效提高系统对复杂工况的适应能力，降低图像伪影及误校正现象发生的概率。此外，本发明所采用的双通道共模监测结构仅需增加少量模拟采样与数字处理资源，即可实现对系统运行状态的实时监测和自适应控制，无需引入复杂硬件平台，具有实现简单、易于集成、工程应用价值高等优点。该方法可应用于红外焦平面阵列成像系统、红外信号采集系统以及其他采用差分图像信号处理结构的成像与检测系统，具有良好的通用性和推广价值。

33、本发明通过在红外焦平面阵列信号采集链路中引入双通道共模监测机制，对系统供电状态及模拟信号链路状态进行同步检测，并结合fpga高速并行处理能力，实现系统运行状态的实时获取与在线分析。通过对共模特征信息进行提取和判别，建立正常状态、冻结状态以及持续异常状态的多级运行状态模型，使系统能够根据运行状态动态调整后续数据处理策略。本发明旨在提高系统对电源波动、器件漂移、电磁干扰以及链路异常等情况的识别能力，减少异常数据参与非均匀性校正及图像处理过程的概率，提高图像数据的可靠性和一致性。同时，通过将状态监测和控制过程集成于fpga内部完成，降低系统响应延迟，提高异常事件检测的实时性和自动化水平。此外，本发明在保证原有成像功能的基础上，实现了对系统运行状态的辅助感知与自适应管理，提高了红外焦平面阵列成像系统在复杂环境和长时间连续工作条件下的稳定性与鲁棒性，为后续图像校正、图像增强以及超分辨重建等处理过程提供更加可靠的数据基础。