一种红外焦平面探测器图像缺陷检验装置和缺陷检测方法与流程

本发明属于红外探测器图像性能测试评价，具体涉及一种红外焦平面探测器图像缺陷检验装置和缺陷检测方法。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、红外焦平面探测器是将红外辐射信号转换为可测量电信号的核心器件。红外探测器通过主动降温（通常至77k以下）显著抑制器件热噪声，实现更高的探测灵敏度（d*）、更低的噪声等效温差（netd）和更远的探测距离。目前对于红外焦平面探测器的性能指标参数测试和判断都是基于gb/t17444-2013“红外焦平面阵列参数测试方法”对输出信号、黑体响应率、光谱范围、netd等参数作为判断标准。这些测试条件固定且简单，与实际应用的条件差距较大。随着红外探测器在各种领域展现广泛需求和持续发展，各个红外探测器和红外成像设备厂家产品种类繁多，且使用条件也趋于多样化和复杂化。单一形态的成像设备无法验证、对比多种探测器及复杂条件下展现出的不同输出特性。

3、cn113049118a公开了一种红外焦平面探测器闪元测试装置及测试方法。该装置主要由黑体辐射源、低噪声电子学驱动电路、数据采集卡、计算机等组成-。该方法包括：设置探测器工作条件进行基本性能测试得到探测器的盲元；两点非均匀性校正；选择要进行闪元测试的温度点进行单点非均匀性校正；连续采集f帧；计算或设置闪元判定阈值；剔除盲元后，统计f帧中单个像元超过规定阈值规定次数的像元为闪元-。该专利的优点在于有效提高了闪元的检出率。

4、然而，上述现有技术存在以下不足：

5、第一，该技术方案仅关注“闪元”——即单个像元在时序上的异常波动。其检测粒度局限于单个像元层面，无法反映探测器在行方向或列方向上的整体非均匀性特征。

6、第二，该技术方案虽然涉及两点非均匀性校正和单点非均匀性校正，但校正后仅以单个像元是否超过阈值为判定依据，未对校正后的非均匀性进行行间/列间的系统量化分析，无法给出非均匀性在行方向和列方向上的分布规律。

7、第三，该技术方案仅在一个温度点上进行闪元测试，未分析非均匀性随目标温度变化的演化趋势，也未分析非均匀性在多帧采集过程中的时序变化趋势，无法全面评价探测器在不同使用条件下的性能表现。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术方案存在的不足或者空缺，提供一种红外焦平面探测器图像缺陷的检验装置和缺陷检测方法。通过本装置和方法，可以模拟探测器在面对不同目标时存在的各种非线性问题，全面检测行间和列间非均匀性随温度和时间的变化趋势。测试数据可以为热像仪筛选红外焦平面探测器提供更加全面和科学的依据。

2、根据第一方面，本发明的一种红外焦平面探测器图像缺陷检验装置，包括：

3、黑体辐射源、数字pattern发生器（包含电可可变ttl驱动和低压差分lvds驱动）、多通道可编程低噪声电源、高速模数转换模块、通用数据传输模块、计算机和固定工装。根据检测用的红外探测器组件的电气特性，选择对应方式（电可可变ttl和低压差分lvds）与驱动平台连接。黑体辐射源置于探测器窗口前，数字pattern发生器提供探测器所需驱动信号，多通道可编程电源提供稳定工作电源，并对探测器输出的模拟或者数字信号转换后输出到计算机进行处理计算。数据分辨率为14或16bit、等效输入端噪声≤0.15mv。

4、根据第一方面，本发明的缺陷检测方法的步骤包括：

5、步骤1：根据探测器需要检测的温度段设置黑体温度、；

6、步骤2：采集、两个温度点的数据计算两点非均匀性校正参数；

7、步骤3：按照需要检测的目标温度设置黑体辐射源温度；

8、步骤4：连续采集m帧后按照固定的区域、方法计算对应参数值；

9、所述对探测器进行两点非均匀性校正方法为：

10、理论公式见公式（1）。依据步骤2和3所采集数据按公式（2）、公式（3）分别计算出各个像元的适宜的校正参数（即、）。

11、 （1）

12、 （2）

13、 （3）

14、公式（1）中，是探测器第i行,j列像元经非均匀性校正后的输出信号，对着相同辐射目标，输出相同；是红外探测器第i,j像元原始输出，对着相同辐射目标其输出未必相同；是在校正后得到的第i,j像元增益校正参数；是在校正后得到的第i,j像元直流电平校正参数。公式（2）、公式（3）中的、即为第i行、第j列像元的校正参数。公式中为热像仪分别对着、两个温度下的同一均匀目标采集的数据帧数，为某一帧的全幅面全部像元的输出值的平均值。

15、步骤5：计算确定在校正温度点（、）的非均匀性为基准；

16、步骤6：确定目标温度点系列(、、、、)； 步骤7：连续采集步骤6确定的温度点各m帧数据；

17、步骤8：对步骤7采集的m帧数据，对每一单帧进行单独计算，统计在m帧过程行间、列间的非均匀性变化趋势；

18、计算单帧i行、j列的像素电压平均值：

19、为单帧第k帧第j列的灰度平均值;

20、为单帧第k帧第i行的灰度平均值;

21、 第  帧、第  行、第  列像素灰度;

22、 （4）

23、单帧行和列间非均匀性

24、 （5）

25、 （6）

26、根据计算后序列的结果，得到均匀性在不同温度点随时间变化的趋势图；

27、步骤9：计算行和列间均匀性随目标温度点的变化趋势；行和列间均匀性随目标温度点的变化趋势；

28、计算对应温度点的m帧行非均匀性平均值；

29、 （7）

30、计算对应温度点的m帧列非均匀性平均值；

31、 （8）

32、根据计算后序列的结果，得到在不同温度点的变化趋势图；

33、步骤10： 计算扣除盲元后行和列间噪声均匀性随目标温度点的变化趋势；

34、计算对应温度点的行和列向空域噪声：

35、 （9）

36、温度点的行和列向空域噪声非均匀性：

37、 （10）

38、根据计算后序列的结果，得到在不同温度点的行和列向噪声平均值变化趋势图。

39、本发明的有益效果：

40、1)检测维度提升：本发明将传统闪元检测从“点”（单个像元）扩展到“线/面”（行和列间非均匀性），再扩展到“体”（温度+时间二维趋势），实现了对红外焦平面探测器图像缺陷的多维度、系统性评价。

41、2)方向性检测：本发明通过分别计算行方向和列方向的非均匀性及空域噪声，能够精准定位探测器非均匀性的主导方向，为探测器工艺改进提供方向性指导。

42、3)动态趋势分析：本发明通过分析非均匀性随目标温度和时间的变化趋势，能够预测探测器在不同使用条件下的性能退化规律，为探测器的筛选和使用提供前瞻性依据。

43、4)装置兼容性强：本发明采用包含电可可变ttl驱动和低压差分lvds驱动的数字pattern发生器，可根据不同探测器的电气特性选择适配的驱动方式，具有广泛的兼容性。