512×512高能效、大满阱容量红外焦平面读出电路

1

作者 王秋玮 叶茂 +1 位作者 李尧 赵毅强 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第10期57-71,共15页

面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开... 面向红外焦平面读出电路的低功耗、低噪声、大满阱容量的需求,设计了一款512×512高能效、大满阱容量的红外焦平面读出电路。该读出电路兼容全局曝光(GS)和卷帘曝光(RS)模式、边积分边读出(IWR)和先积分后读出(ITR)模式和可编程开窗功能,可通过SPI接口智能化配置。像素具有暗电流抵消、暗电流补偿功能,并通过像素合并技术增大积分电容以提高满阱容量。列并行读出通道中,可编程增益放大器(PGA)在放大信号的同时,通过失调存储和相关双采样(CDS)技术有效降低失调电压和固定模式噪声;采用交织采样和电源门控等低功耗设计技术,大大降低了整体功耗。全差分开关电容放大器作为输出级,有效抑制了共模噪声,差分输出电压摆幅大于2 V。基于180 nm CMOS工艺,完成了512×512读出电路的设计、仿真、流片和测试。像元尺寸为10μm,最大满阱容量可达12.5 Me^(-),最大帧频可达150 Hz。测试结果表明,该读出电路的电压均方根噪声为788.5μV,在150 Hz的帧频下功耗为116.8 mW,品质因数(FoM)仅为2.97 nJ/(pixel·frame),有效地提高了芯片能效。 展开更多

关键词 红外焦平面读出电路 失调存储 相关双采样 低功耗设计 高能效 大满阱容量

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基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应非均匀性校正算法 被引量：2

2

作者 刘崇亮 金伟其 +3 位作者 范永杰 曹扬 刘秀 刘斌 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1159-1164,共6页

非均匀性校正是提高红外焦平面阵列成像质量的关键环节.本文提出了一种基于虚拟边框视场光阑的红外非均匀性校正算法.该算法用人工神经网络对边框像元进行初始校正,形成校正虚拟边框,再根据场景信息和帧间位移,将偏置校正参数逐行逐列传... 非均匀性校正是提高红外焦平面阵列成像质量的关键环节.本文提出了一种基于虚拟边框视场光阑的红外非均匀性校正算法.该算法用人工神经网络对边框像元进行初始校正,形成校正虚拟边框,再根据场景信息和帧间位移,将偏置校正参数逐行逐列传递,可消除焦平面阵列全视场响应的偏置非均匀性.由于算法主要基于代数运算,运算量较低,故能根据场景信息自适应地实现快速、高效的一点校正;且不需要对成像系统进行机械结构改造,与传统代数算法相比,适应性更强.真实红外图像与仿真图像对算法的检验结果,证明了方法的有效性. 展开更多

关键词 红外焦平面探测器阵列 基于场景 虚拟边框视场光阑 非均匀性校正

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用于IRFPA测试的高性能数据采集系统 被引量：1

3

作者 郑裕峰 王永纲 周忠辉 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2008年第3期362-366,共5页

根据红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的最新发展对性能测试的需求,设计和实现了VXI总线的高性能数据采集系统。高速高带宽的模拟调理电路的灵活设计,可以兼容多种IRFPA的信号读出电路;灵活配置的采样时钟控制,... 根据红外焦平面阵列(Infrared focal plane array,IRFPA)探测器的最新发展对性能测试的需求,设计和实现了VXI总线的高性能数据采集系统。高速高带宽的模拟调理电路的灵活设计,可以兼容多种IRFPA的信号读出电路;灵活配置的采样时钟控制,支持CDS和SHA两种采样模式,而且能够连续调节ADC的采样时钟相位;有效的低噪声设计措施,保证了系统能够真正实现12.5 MSPS,16 bit的高精度采样。 展开更多

关键词 红外焦平面阵列(irfpa) 数据采集 低噪声设计 测试系统

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红外焦平面阵列非线性响应的分析和计算 被引量：20

4

作者 刘会通 王骐 +1 位作者 郑志伟 张明 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期253-258,共6页

分析了导致红外焦平面阵列响应非线性的各种因素 ;并以 Hg Cd Te红外焦平面阵列为例 ,以量子效率与入射光子波长的相关性为基础 ,计算了在准理想条件下探测器响应的非线性量 ;结合非均匀性校正 ,计算了在给定区间定标后的非线性大小 ;

关键词 红外焦平面阵列 非线性响应 非均匀性 量子效率

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基于环境温度的红外焦平面阵列非均匀性校正 被引量：14

5

作者 白俊奇 陈钱 +3 位作者 钱惟贤 屈惠明 王娴雅 左超 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期49-52,共4页

分析了环境变化对红外焦平面阵列信号输出的影响,提出了一种基于环境温度和目标温度的非均匀性校正算法.利用UL01011凝视型红外探测器进行信号采集,根据最小二乘原理建立了焦平面探测单元的指数响应模型.最后,利用该模型进行非均匀性校... 分析了环境变化对红外焦平面阵列信号输出的影响,提出了一种基于环境温度和目标温度的非均匀性校正算法.利用UL01011凝视型红外探测器进行信号采集,根据最小二乘原理建立了焦平面探测单元的指数响应模型.最后,利用该模型进行非均匀性校正.实验表明,算法能在较宽的环境温度范围,准确预测焦平面探测单元的响应,有效提高了非均匀性校正的精度. 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 非均匀性校正 环境温度 最小二乘

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红外焦平面阵列基于黑体的非均匀性校正方法中的限制因素 被引量：11

6

作者 刘会通 易新建 +1 位作者 刘靖 徐隆 《红外技术》 CSCD 北大核心 2003年第3期41-44,共4页

以基本的红外辐射理论为依据 ,阐述了红外焦平面阵列非均匀性校正的物理原理 ,首次综合性地论述了标定类方法所存在的三个基本限制因素 ,并重点给出了红外焦平面阵列响应漂移的实验结果。

关键词 红外焦平面阵列 非均匀性校正 响应漂移 黑体 限制因素

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红外焦平面阵列成像动态仿真系统 被引量：6

7

作者 屈惠明 陈钱 +1 位作者 顾国华 随修宝 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第5期608-611,共4页

红外热像仪的研制离不开各种图像处理算法的设计、仿真和优化;结合虚拟仪器技术和可编程多模式驱动技术,开发了红外焦平面阵列成像动态仿真系统软硬件平台;利用这一平台,通过图形化软件编程,可进行多模式红外焦平面阵列的各种图像处理... 红外热像仪的研制离不开各种图像处理算法的设计、仿真和优化;结合虚拟仪器技术和可编程多模式驱动技术,开发了红外焦平面阵列成像动态仿真系统软硬件平台;利用这一平台,通过图形化软件编程,可进行多模式红外焦平面阵列的各种图像处理算法的动态仿真,实时验证其成像效果,及时进行修改和优化。工程应用实践表明:系统对盲元检测与补偿、非均匀性校正和直方图修正等算法的验证与优化取得了满意的效果;该系统为红外热像仪设计仿真、算法的适用性和实时性验证以及算法的优化提供了灵活实用的工具。 展开更多

关键词 红外成像 红外焦平面阵列 动态仿真 可编程多模式驱动 虚拟仪器

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红外焦平面阵列的自适应非均匀性校正及硬件实现 被引量：17

8

作者 曹扬 金伟其 +1 位作者 刘崇亮 刘秀 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2985-2991,共7页

针对长时间工作或环境剧烈变化时红外焦平面阵列(IRFPA)器件易产生条纹状非均匀性的问题,研究了在不遮挡成像视场条件下它的动态非均匀性校正(NUC)及其硬件实现技术。介绍了基于场景的改进恒定统计NUC(ICS-NUC)方法,即通过纵向通道间的... 针对长时间工作或环境剧烈变化时红外焦平面阵列(IRFPA)器件易产生条纹状非均匀性的问题,研究了在不遮挡成像视场条件下它的动态非均匀性校正(NUC)及其硬件实现技术。介绍了基于场景的改进恒定统计NUC(ICS-NUC)方法,即通过纵向通道间的统计量均衡策略实现对条纹非均匀性的抑制,并引入遗忘因子通过帧间迭代实现非均匀性的动态校正。描述了基于非制冷IRFPA组件在BF561DSP平台的ICS-NUC处理流程,并实现了ICS-NUC的均值法(IC-SA)和中值法(ICSM),从而有效地动态校正条纹非均匀性,提高红外图像质量。实验表明,经过ICS-NUC处理,减弱了红外图像的条纹噪声,使用ICSA和ICSM法使IRFPA组件的非均匀性从3.43%分别降低至1.82%和0.91%,连续运行4h后仍可使组件非均匀性从漂移后的5.05%降至0.92%。提出的方法为后续高性能热成像系统的研究和应用奠定了技术基础。 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 非均匀性校正 改进的恒定统计算法 数字信号处理

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基于PCIE的红外焦平面探测器测试系统 被引量：7

9

作者 刘子骥 蒋亚东 +1 位作者 祝红彬 李伟 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期255-258,共4页

介绍了一套自制高效的红外焦平面器件性能参数测试系统,建立了包括控制模块、辐射源、UFPA模块、信号采集模块和上位机程序在内的测试平台,分析了该系统平台的关键技术.系统可实现实时的数据采集,同时对RMS噪声、非均匀性、响应率、探... 介绍了一套自制高效的红外焦平面器件性能参数测试系统,建立了包括控制模块、辐射源、UFPA模块、信号采集模块和上位机程序在内的测试平台,分析了该系统平台的关键技术.系统可实现实时的数据采集,同时对RMS噪声、非均匀性、响应率、探测率、噪声等效功率和噪声等效温差等关键参数进行快速有效的计算分析,并能准确统计出盲元的数量和位置,分析、评估和存储器件每个像元的性能参数. 展开更多

关键词 红外焦平面 测试系统 PCIE

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基于配准的红外焦平面阵列条纹非均匀性校正 被引量：12

10

作者 任建乐 陈钱 钱惟贤 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期499-502,506,共5页

条纹非均匀性是线扫红外焦平面阵列和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像系统中一种特殊的固定图案噪声.分析了其产生的原因,提出了一种基于亮度恒定假设和配准的条纹非均匀性校正算法.根据相邻两帧获得亮度均方误差函数,最后通过最小化全... 条纹非均匀性是线扫红外焦平面阵列和非制冷凝视型红外焦平面阵列成像系统中一种特殊的固定图案噪声.分析了其产生的原因,提出了一种基于亮度恒定假设和配准的条纹非均匀性校正算法.根据相邻两帧获得亮度均方误差函数,最后通过最小化全局亮度均方误差函数得到全局最优解作为非均匀性校正的参数.实验结果表明,该算法能够在几帧内达到较好的收敛,且计算简单,有效提高了条纹非均匀性的校正效果. 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 条纹非均匀性校正 亮度恒定 配准

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红外焦平面阵列性能参数测试系统 被引量：11

11

作者 屈惠明 陈钱 +1 位作者 顾国华 随修宝 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2006年第10期950-952,共3页

基于虚拟仪器技术开发了红外焦平面阵列(IRFPA)性能参数测试系统。该系统可采集IRFPA动态数据,得到IRFPA在不同情况下的各像元响应情况,从而测试计算出IRFPA主要性能参数,进行器件的评估;对采集数据的统计分析,能准确判断盲元位置和数量... 基于虚拟仪器技术开发了红外焦平面阵列(IRFPA)性能参数测试系统。该系统可采集IRFPA动态数据,得到IRFPA在不同情况下的各像元响应情况,从而测试计算出IRFPA主要性能参数,进行器件的评估;对采集数据的统计分析,能准确判断盲元位置和数量,定量地测量非均匀性,以测试分析结果为依据进行红外成像图像的补偿和校准,得到了清晰的成像效果。 展开更多

关键词 红外成像 红外焦平面阵列 参数测试系统 虚拟仪器

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红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型 被引量：14

12

作者 屈惠明 陈钱 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期2150-2153,共4页

非均匀性校正是红外焦平面阵列成像质量提高的关键,在现有一元线性理论模型局限下,红外焦平面阵列成像非均匀性校正难以获得校正精度的提高.本文通过红外焦平面阵列探测器成像机理及其成像过程理论分析,推导了影响探测器响应及其非均匀... 非均匀性校正是红外焦平面阵列成像质量提高的关键,在现有一元线性理论模型局限下,红外焦平面阵列成像非均匀性校正难以获得校正精度的提高.本文通过红外焦平面阵列探测器成像机理及其成像过程理论分析,推导了影响探测器响应及其非均匀性的主要因素,首次建立了红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,通过实验测试及其统计分析验证了理论模型.该模型能在较宽红外辐射和环境温度范围内准确预测红外焦平面阵列响应曲线及其非均匀性,比原一元线性理论模型更全面准确地描述了红外成像非均匀性影响因素及探测器响应关系. 展开更多

关键词 红外成像 红外焦平面阵列 非均匀性模型 二元非线性

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基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正 被引量：11

13

作者 左超 陈钱 顾国华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期926-932,共7页

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非... 红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值. 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 非均匀性校正 卡方直方图 校正比例

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一种基于邻域的小像元红外焦平面阵列串音测试方法 被引量：4

14

作者 刘敬 王霞 +1 位作者 金伟其 徐超 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期2231-2236,共6页

串音是评价红外焦平面阵列(InfraRed Focal Plane Array,IRFPA)性能的重要参数之一,随着IRFPA技术的发展,探测器单元尺寸逐渐减小,传统小光点测试方法的光斑尺寸已接近甚至大于探测器单元尺寸,需要采用新的测试理论和方法。论文分析了... 串音是评价红外焦平面阵列(InfraRed Focal Plane Array,IRFPA)性能的重要参数之一,随着IRFPA技术的发展,探测器单元尺寸逐渐减小,传统小光点测试方法的光斑尺寸已接近甚至大于探测器单元尺寸,需要采用新的测试理论和方法。论文分析了红外光斑照射到IRFPA上的典型分布情况,研究了小像元情况下探测器单元的信号电荷及其相互关系,建立了基于八邻域的小像元IRFPA串音测试的理论模型,并将四邻域串音模型和传统串音模型作为八邻域串音模型的特例,给出了相应的测试方法。数值模拟表明:在小像元情况下光斑尺寸对串音系数的测量具有明显的影响;采用基于邻域的小尺寸像元IRFPA串音测试方法,可在现有测试设备上通过测试软件的修改,实现小像元IRFPA串音的测试。 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 串音 邻域 衍射光斑

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一种线阵红外焦平面的图像处理方法 被引量：5

15

作者 李言谨 危峻 胥学荣 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期91-93,共3页

根据线阵碲镉汞焦平面中少数载流子的横向收集物理特性,提出了一种改善红外焦平面图像质量的处理方法,并应用于某试验卫星的遥感图像上.这些遥感图像是采用上海技术物理研究所研制的256元线列焦平面组件获得的.结果表明,经处理后图像的... 根据线阵碲镉汞焦平面中少数载流子的横向收集物理特性,提出了一种改善红外焦平面图像质量的处理方法,并应用于某试验卫星的遥感图像上.这些遥感图像是采用上海技术物理研究所研制的256元线列焦平面组件获得的.结果表明,经处理后图像的分辨率和对比度均有显著提高. 展开更多

关键词 图像处理 红外焦平面 碲镉汞

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基于非线性响应的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正算法 被引量：13

16

作者 代少升 张天骐 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期714-719,共6页

针对红外焦平面阵列(IRFPA)使用过程中,非均匀性随时间和环境改变而发生缓慢变化的现象及探测单元非线性响应带来的校正误差,提出了一种基于非线性响应的IRFPA非均匀性自适应校正算法。该算法以探测单元非线性响应模型为基础,以校正误... 针对红外焦平面阵列(IRFPA)使用过程中,非均匀性随时间和环境改变而发生缓慢变化的现象及探测单元非线性响应带来的校正误差,提出了一种基于非线性响应的IRFPA非均匀性自适应校正算法。该算法以探测单元非线性响应模型为基础,以校正误差的均方值最小为准则,自适应地消除响应参数的温度漂移,通过对初始响应参数进行优化选取来实现算法的快速收敛和高精度校正。在介绍算法实现原理的基础上,推导出其数学模型,并给出了实验结果。实验结果表明:在相同条件下,该算法的校正精度比传统神经网络算法提高了3倍,且收敛速度较快,具有工程应用价值。 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 非线性响应 自适应校正 响应参数 温度漂移

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红外焦平面阵列多次采样滤波技术 被引量：4

17

作者 隋修宝 陈钱 +1 位作者 柏连发 顾国华 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期993-998,共6页

针对红外图像信噪比不高和当前常用的二维时间延迟积分(2D-TDI)算法仅适用于静止和缓慢运动目标场合的问题,分析了信号的采集原理以及噪声特性,提出了红外焦平面阵列(IRFPA)多次采样滤波技术,通过对一帧图像的同一像元点进行多次采样的... 针对红外图像信噪比不高和当前常用的二维时间延迟积分(2D-TDI)算法仅适用于静止和缓慢运动目标场合的问题,分析了信号的采集原理以及噪声特性,提出了红外焦平面阵列(IRFPA)多次采样滤波技术,通过对一帧图像的同一像元点进行多次采样的方法,在降低红外图像的随机时间域噪声的同时,保证其能够应用于快速运动目标场合;图像对比和数据测试结果表明:红外焦平面阵列多次采样滤波技术不仅具有与2D-TDI算法同等的提高红外图像信噪比的能力——将红外图像的NETD降低到原红外图像的1/姨n倍(n为对同一像元点的有效采样次数),而且突破了2D-TDI算法应用场合的限制,其能够适应于快速运动目标场景,对红外热像仪的性能提升有重要意义。 展开更多

关键词 多次采样和滤波 红外焦平面阵列 二维时间延迟积分 噪声等效温差

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用于焦平面测试系统的高效高精度数据采集方法与实现 被引量：3

18

作者 黄大骏 王永纲 +2 位作者 张丽君 朱文松 卢潇鸣 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期305-309,371,共6页

通过分析焦平面测试中各种性能参数对数据要求的特点,提出了一种区别于传统的高效数据采集方法,并采用ADI最新发布的16位高性能ADC,设计了基于该方法的高效高精度采集系统.通过内嵌的"RMS硬件算法"和外部SRAM的特殊组合,在兼... 通过分析焦平面测试中各种性能参数对数据要求的特点,提出了一种区别于传统的高效数据采集方法,并采用ADI最新发布的16位高性能ADC,设计了基于该方法的高效高精度采集系统.通过内嵌的"RMS硬件算法"和外部SRAM的特殊组合,在兼容传统测试系统的同时,大大提高了系统的测试效率.经碲镉汞(HgCdTe)型640×512(15μm)的红外焦平面(IRFPA)联调实验验证,采集系统本底噪声低至75μVrms以下,对基本参数的计算在2s左右即可完成,充分满足高精度高分辨IRFPA对测试系统的苛刻要求,具有很好的应用前景. 展开更多

关键词 红外焦平面 数据采集 测试系统 高效 低噪声 RMS硬件算法 AD7626

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基于帧间运动的神经网络非均匀性校正及其硬件实现 被引量：3

19

作者 刘秀 徐超 +1 位作者 金伟其 刘崇亮 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1331-1335,1349,共6页

为解决红外焦平面阵列的非均匀性噪声制约红外成像质量问题,提出基于场景的神经网络非均匀性校正算法,利用帧间运动的图像序列实现非均匀性校正.先采用基于投影的运动估计算法选取神经网络算法的学习参考帧,再进行偏置矩阵计算的基于帧... 为解决红外焦平面阵列的非均匀性噪声制约红外成像质量问题,提出基于场景的神经网络非均匀性校正算法,利用帧间运动的图像序列实现非均匀性校正.先采用基于投影的运动估计算法选取神经网络算法的学习参考帧,再进行偏置矩阵计算的基于帧间运动判断的神经网络非均匀性校正算法,有效克服了传统SBNNT由于运动不足产生的鬼影问题.算法已在以TMS320DM643为处理核心DSP硬件处理平台上实现,取得了较好的校正效果. 展开更多

关键词 红外焦平面阵列 神经网络 运动估计 基于场景的非均匀性校正

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基于双边滤波器的红外图像条纹噪声消除算法 被引量：8

20

作者 王书朋 高腾 《红外技术》 CSCD 北大核心 2014年第9期728-731,共4页

提出了一种新的消除红外图像中条纹噪声的方法。由于红外焦平面阵列中每列读出电路的偏置电压不同,导致红外图像中有明显的条纹状噪声。分析了读出电路偏置电压不均匀对红外成像的影响,提出了利用双边滤波器估计读出电路偏置电压的方法... 提出了一种新的消除红外图像中条纹噪声的方法。由于红外焦平面阵列中每列读出电路的偏置电压不同,导致红外图像中有明显的条纹状噪声。分析了读出电路偏置电压不均匀对红外成像的影响,提出了利用双边滤波器估计读出电路偏置电压的方法,并使用估计的偏置电压校正红外图像。基于实际红外图像的实验结果表明,提出的算法能够显著地消除红外图像中的条纹噪声。 展开更多

关键词 红外图像 条纹噪声 固定模式噪声 红外焦平面阵列

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