文/不觉而谭 深圳市景阳科技股份有限公司热成像部 红外焦平面阵列的加工工艺精度问题造成了感应单元之间的差异，实际表现为针对相同的热目标，不同的感应单元响应值不同，解决这个问题的方法称为“非均匀性校正”技术。非均匀性校正是红外热成像设备成像和测温这两大基本功能的技术基础，直接决定了成像质量和测温精度。 传统的非均匀性校正技术有三类： 一点校正技术 两点校正技术及其变种 基于场景的校正技术 两种新型校正法： 两点二线校正法 一线校正法 1. 一点校正技术 一点校正技术是目前应用最广泛的红外热成像非均匀性校正技术，现在市场上带档片的设备都可以归到这一类里面。 一点校正法的基本原理是：针对均匀辐照面，各个感应单元的目标值减相应的档片值，然后把差值换算为中值(或者平均值)，从而达到校正的目的。 图1：某个感应单元在两个不同的均匀辐照面下的曲线(高温黑体和低温黑体)以及对应的内档片曲线。 如图1所示，设黑体1和黑体2的曲线L1和L2分段后的直线表达式为： 按一点校正法的规则1：假设L1//L2，则有： 规则2：在一定的前腔室温度点下作校正计算，则有： 规则3：目标响应值减去参考黑体值，则有： 把每一个感应单元的测量值( 换算成对应的所有单元的中值(或平均值)，就得到了一点校正法的校正系数。 根据原理可知，一点校正法的假设条件是：针对均匀辐照面目标，(FPA温度，目标反应值)曲线与(FPA温度，参考黑体值)曲线是平行关系。 如图1所示，针对不同温度值的黑体目标的响应曲线至少在宏观上看来确实是平行的。但实际数据差值曲线是这样： 图2：感应单元在两个不同的均匀辐照面下的测量值之差随腔体温度的变化图 图2说明了在宏观上看起来平行的两条曲线，其实际数据却并不平行。这种差异一方面是测量时恒温箱温度不稳定的原因，另一方面也有感应单元在不同温度下的响应特性差异的原因。这种现象造成了一点校正法难以在整个工作温度范围内都得到理想校正效果。 一点法在数学模型中把X轴方向的值固定，然后分别测量两个不同温度的均匀辐照面，通过减档片操作后，其校正系数仅剩直线的截距部分，亦即仅考虑了目标值的相对大小关系，而自身FPA温度、前腔温度、读出电路噪声等的影响都只能用分段校正的办法来解决。众多文献都指出，当分段区间超出±5K时，其校正效果将变得不可接受。 一点法的缺点同时也是其优点。由于是仅针对目标响应值相对大小关系的校正，这就使得一点校正法可以在目标响应值与校正测量值相近时的任何情况下都能较好地成像。例如，一种很常见的实现方式是在环境温度、FPA温度变化后，通过实时动态调节积分时间、全局偏置等参数，让目标响应值回到与校正测量时相近的范围内，则成像一般不成问题，但这样处理后将导致测温算法复杂化甚至根本无法实现测温功能。 各厂家在一点校正法的工艺实现中，还有个普遍的谬误：用高、低温黑体炉作校正测量，但在应用中却是用的档片机构(有内档片和外档片两种形式)，此时档片起到的是参考黑体的作用。如果用外档片则还与校正测量的情况比较接近，但内档片差得就很离谱了。 从图1中可以直观地看到这个问题。 如果仅用一个定温黑体目标与档片值作校正测量，可以更好地与实际应用情况吻合，但这样一来，红外探测器与镜头之间的前腔室的状态，就必须保证在校正测量时与实际使用时基本一致，否则前腔室特别是内档片表面和探测器内部的微小温差都会直接反映在最终的成像上，典型现象是靠近发热一侧出现细密竖条。 某些文献上把这一点表述为“前腔室无温差”，实际上并不准确。前腔室有无温差并不是问题，造成校正效果不好的原因其实是测量时与使用时前腔室温度分布状态的不一致。 在热成像相机的传统实现中，参考黑体机构(内档片或外档片)一般用3V或5V直流电机驱动。一个并未仔细权衡设计的直流电机，在动作时可能会产生极大的温升，在实际热成像相机中，实测有电机温度超过环境温度达120℃以上的，这无疑会让图像质量与测温精度都大打折扣。 要基本保证一点校正法能够得到较好的校正效果，则必须使前腔室温度与环境温度达到一个动态平衡的状态。 |
