一种红外相机参数匹配装置

1.本实用新型属于红外相机技术领域，尤其涉及一种红外相机参数匹配装置。


背景技术：

2.目前：现代红外成像系统的核心器件是焦平面阵列(focal plane array fpa)，常用的包括线阵红外探测器和面阵红外探测器。相机安装在飞机或者卫星上通过推扫成像或摆扫成像或凝视成像，获取对地遥感红外数据。获取信息的方式通常是通过光电探测器对目标成像，随着遥感技术的发展，对高时间分辨率、高空间分辨率、高辐射分辨率的追求是遥感仪器的发展趋势，也是当前的研究热点。
3.观测视场、帧频、信噪比、动态范围是红外成像系统的主要指标。观测视场越大、帧频越高意味着空间红外相机大区域成像时间越短，信噪比越高意味着红外相机对目标观测的识别率越高，动态范围越大意味着红外相机在同一场景下能看到更多的细节。为了增加观测视场，现代红外成像系统一般采用红外长线列探测器组件实现一维视场，通过转台或者扫描机构进行大范围扫描，实现另外一维搜索视场；为了提高时间分辨率，缩短成像时间就需要提高扫描帧频。而扫描帧频越高，意味着红外相机线列探测器扫描行积分时间越短，直接导致信噪比降低，而信噪比是红外相机的核心性能指标，直接影响成像效果。
4.为解决时间分辨率和信噪比的矛盾，一般采用两台相机进行协同工作，利用线扫相机进行大视场成像观测，利用面阵凝视相机进行区域高灵敏度观测。而线扫描相机往往采用线列探测器，凝视相机采用面阵探测器，两者工作模式存在本质差异。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在大视场观测的应用环境下，为解决时间分辨率和信噪比的矛盾，采用两台相机进行协同工作，导致成像观测时相机资源配置不是最优的，一台相机只能工作在一种模式，为了满足任务需求可能配置两台以上的大口径相机，对有限的飞行器载重资源造成极大的重量、安装尺寸、功耗压力，同时也在硬件设计上造成较大的浪费。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种红外相机参数匹配装置。
7.本实用新型是这样实现的，一种红外相机参数匹配装置设置有：
8.3个2048
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2048的红外面阵探测器、信息处理器、程序存储器、参数存储器、数据存储器、机构控制器。
9.所述多个红外面阵探测器均通过连接线路与信息处理器连接，所述信息处理器通过连接线路分别与程序存储器、参数存储器、数据存储器、机构控制器连接。
10.所述机构控制器与摆扫机构连接。
11.结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：
12.本实用新型用于前端光机系统设计参数确定后，对系统性能和工作模式进一步优化，突破了传统线扫红外相机和面阵凝视相机相对独立的工作模式，通过自主重构技术，使
两种工作模式能有机结合，既能满足大视场观测的需求，也能满足高灵敏度大动态范围的性能要求，且在各自的模式下通过参数匹配能达到最优设计。采用该技术方案后摒弃了多相机配置的传统方案，解决了大面阵红外探测器和大口径光机设计困难、难以匹配的矛盾，用一台相机实现了两种不同的工作模式，极大减轻了卫星平台的资源压力。
13.采用本实用新型后，实现了红外相机搜索和高灵敏度观测一体化，试验表明，应用了本方法的红外相机，重量比传统设计减轻了45％，功耗降低了40％，且具备自主优化配置参数、自主切换工作模式的能力。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本实用新型实施例提供的红外相机参数匹配装置的结构示意图。
16.图中：1、红外面阵探测器；2、信息处理器；3、程序存储器；4、参数存储器；5、数据存储器；6、机构控制器；7、摆扫机构。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种红外相机参数匹配装置，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
19.如图1所示，本实用新型实施例提供的红外相机参数匹配装置包括多个红外面阵探测器1、信息处理器2、程序存储器3、参数存储器4和数据存储器5、机构控制器6。
20.多个红外面阵探测器均通过连接线路与信息处理器连接，信息处理器通过连接线路分别与程序存储器、参数存储器和数据存储器连接。
21.作为优选，多个红外面阵探测器之间串联连接。
22.本实用新型的工作原理是：
23.相机处于扫描模式时，一个扫描行驻留的时间定义为行扫描周期。需要配置的参数包括：扫描镜工作模式、扫描镜运动步进角、扫描镜运动速度、探测器积分时间、探测器积分电容、tdi级数、帧时、数传格式。具体包含下列步骤：
24.s1、应用了3片2048
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2048元大面阵探测器呈“一”拼接的大视场红外相机，开机上电时信息处理模块调用程序存储器中的第一程序，通过一维扫描镜进行光机往复扫描，扫描镜工作模式默认设置为扫描模式；
25.s2、当前设置的扫描帧时tfrm为20秒，观测范围w为10
°
，决定了扫描速度v为0.5
°
/秒，光机系统已确定瞬时视场fov为60urad，则可以算出一帧图像大约2910行，行扫描周期tline约6.90ms；探测器积分时间tintg最大值受当前行周期tline约束，扣除复位时间后不超过6.8ms；
26.s3、面阵红外探测器在1个行扫描驻留时间tline内输出全帧信号2048行将会导致后续数据率过高，因此开窗读出1024行信号，在探测器的模拟端不进行累加；信号经a/d转换后，在数字域进行tdi处理；每个面阵探测器输出抽头数为16，采用iwr模式(边积分边读出)，每一行读出时间为6.6us，读出2048元探测器响应，则像元读出时钟的频率为20mhz，量化位数为14bit；
27.s4、设置tdi级数n为32级，满足n≤m，根据扫描方向dscan，在n个行周期内将32行数据进行缓存和累加，累加后在寄存器进行移位完成信号平均，在1个行扫描驻留时间内，只输出1行数据；正扫描方向，则采用探测器前32行数据进行累加，反扫描方向，采用探测器后32行数据进行累加；
28.s5、通过地面定标时预先标定的参数组，自行调用第二存储器即参数存储器中的参数，设置探测器积分电容c、tdi级数i，以匹配最佳的动态范围和snr，电容分为0.03pf/0.3pf/3pf/8pf四个档位，匹配的原则为：
29.1)当全图中灰度饱和像素超过10％，则进行自适应调节，降低tdi级数i，i的取值范围为1～32，增加积分电容c，直到饱和像素点低于10％；
30.2)当全图中最大灰度不超饱和灰度值的50％时，减少积分电容c，增加tdi级数，i的取值范围为1～32，直到最大灰度值超过饱和灰度值的50％；
31.s6、对重大自然灾害的先验辐射信息和红外谱段成像的结构信息建库，将图像进行匹配滤波，通过结构元和灰度值差异，识别山火预定目标；
32.s7、目标的图像坐标转换为光机扫描角度，若自主重构功能开启，则红外相机信息处理自行启动重构，调用程序存储器中的第二程序，将大视场红外相机一维扫描镜转向目标所在的角度，不再进行扫描；
33.s8、红外相机转入步进凝视工作模式，改变红外探测器的积分时间tintg、积分电容c，输出数据不再进行累加平均，直接输出，并按预设数据格式为2040(行)
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4096(列)进行全帧下传，帧频设置为25帧/秒；每个面阵探测器输出抽头数为16，采用iwr模式(边积分边读出)，每一帧读出时间为40ms，读出两片2048
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2048元探测器的逐元响应，则像元读出时钟的频率为6.6mhz，量化位数为14bit；
34.s9、通过地面定标时预先标定的参数组，自行调用第二存储器即参数存储器中的参数，设置探测器积分电容c、积分时间tintg，以匹配最佳的动态范围和snr；匹配的原则为：
35.1)当全图中灰度饱和像素超过10％，则进行自适应调节，降低积分时间tintg，增加积分电容c，直到饱和像素点低于10％；
36.2)当全图中最大灰度不超饱和灰度值的50％时，增加积分时间tintg，若积分时间增加到最大帧周期后仍然不能满足要求，则减少积分电容c，直到最大灰度值超过饱和灰度值的50％；
37.s10、上述步骤的配置参数，在完成调优后，可以存入相机第三存储器即数据存储器，红外相机工作时自行调用，可以通过人工干预开启或关闭自主重构功能、退出或者进入面阵凝视工作模式。
38.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关
系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。