红外热图像信号噪声量化以及滤除方法的研究new

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1、万方数据：≮塑．苎且．红外热图像信号噪声量化以及滤除方法的研究赵毅周成(中国电子科技集团公司第十一研究所，北京市10()015)【摘要]在320×240非制冷焦平面热像仪的驱动开发过程中，发现并提出信号噪声数字量化法，通过相关的运算得到噪声相关参数，实现噪声源的发现，同时还可对探泖j器探测性能、热像仪系统噪声等指标做综合评估，根据相关噪声参数给出了一些有效的噪声避免以及滤除方法。[关键词]教字量化；探测性能；系统噪声；噪声参数红外探测器是红外技术发展的关键部件，探测器驱动又是与探测器直接连接的电

2、路，探测器驱动电路的优劣直接关系到红外探测器性能的发挥。众所周知，数字信号的噪声远大于模拟信号的噪声，当两种信号混合时，数字信号不可避免的会对模拟信号造成干扰，刚氏模拟信号的信噪比，更有甚者，模拟信号会因为数字信号的干扰导致模拟信号严重失真，继而失去整个系统存在的意义。因而混合信号的器件、电路对于噪声的避免和滤除要求相当严格，红外器件作为一种弱信号探测的器件，噪声更是首当其；中的问题。本文将在以下的篇幅中以320×240非制冷焦平面热像仪探测器的驱动为例介绍红外热图像信号噪声的数字量化法，以及一

3、些噪声的避免和滤除方法。1非制冷焦平面探测器在进行噪声量化分析之前，先介绍一下非制冷焦平面探测器。本文采用的探测器是法国ULIS公司出产的320×240非制冷焦平面探测器，该探测器属于长波(8—12um)多晶硅热释电型探测器，探测器单元敏感度大约为45mV／K，探测器噪声分布如下图所示：那么要想充分发挥探测器的效能对后续处理电路的噪声峰值要求应须低干280uvo(图中粗灰线便是最大噪声允许线)超低的噪声允许范围使后续处理电路面临一个严峻的考验，当噪声高于允许范围时，如何确定噪声的特征，噪声参数以

4、及频率响应特性，确定之后又应如何避免和减弱，下面就此谈谈我的方法。2噪声数字量化法噪声数字量化法是在尽量减低信号处理板级噪声的前提下，将模拟信号引入A／D，经由～D变换后由PCI卡数据采集卡传八电脑，然后通过软件处理后给出相关的噪声参数。本方法采用信号变化范围为03—2．2V的非制冷焦平面探测器作为预测噪声数据源，14位、5V电压输入范围的～D转换器作为模拟信号与数字信号的联系通道，PCI卡作为数据传输通道，软件平台作为数据分析平台，得出相应的噪声幅度、频率等信息，然后通过软件滤波器对采进来的携

5、带噪声的原始信号进行滤波仿真，然后利用反馈的有用信息指导信号处理板的设计，对噪声的滤除做到有的放矢。下面将给出各种信号量的表达式：信号电压的数字表达式为：u={墼型]×VoLnJV$：数字电压(单位：mv)；V0：单位数字电压，其电压值为信号的电压(单位：mV)变化范围与～D满量程数字量的比值p∞，(m×t0)：m××t0时刻第i行第j列探测元的数字量信号噪声电压的数字表达式为：222而碎百耵而岫×√塾竽U：数字噪声电压(单位：mV)P：V0与的比值信号的信噪比为VdⅣ。信号频谱的数学表达式为：

6、x。：∑吣(m)e一’箐诎(k=一詈，⋯，o，⋯，睾一1)m=l二‘当信号不变时，信号噪声的频谱为：×k_∑吣(m)e一骨础(k=一导，⋯，o。⋯，孚一1)?通过实时获取的数字信息并i恿i扯述计算可以获取探测器以及驱动电路的噪声能量以及频谱特1‰3滤波器的应用仿真获得有用的噪声信息后，接下来的工作就是根据有用的噪声信息将采集的原始数据通过相关滤波器，进行模拟信号滤波的软件效果仿真。下面将对滤波器的原理以及一些滤波器的算法敛—介绍。’首先利用简单的例子说明滤波的原理。输入信号u(t)，可视为包含必

7、要信息的信号s(t)与不包含那些信息的信号d(t)的和，可用下式表示：u(t)=s“)+d(t)将它们的傅立叶变换分别设为uOc‘))，S0∞)以及Da(_))，这些对于称为截止角频率的特定频率来说，假设满足以下条件SOc-))=0(Ic-)I>∞c)以及Dac-))=O(1∞I<=c．)0此时，如把输入信号u(1)输入到具有以下理想低通频率特新的线性时不变系统中‰㈣引茹：。，可得，其输出v(1)的傅立叶变换Y(cI))如下所示：y(_，∽=Ⅳ尼(／∞)己rU∞)=Ⅳ尼(．，鲫)s(_，印)+珥

8、zU印)D(j国)”J1．s(／缈)+1．o=sf-，卯)(I∞l<卯?=to．s(／鲫)十o-D(．，珊)=o=s(-，卯)(

9、∞l>=白。)’将其进行傅立叶变换后，则v(t)=S(t)’这样在输出端便把无用的信息D“)给滤除了，剩下便只有有用信号S(t)，这便是滤波的原理，其流程如下0出．m，≯广鲤刊!一鱼j”)I，厂一—11，一t：O卜s“广∞J。，L一，I，)一州，1．’乏．。蛳～』_-·一-、’L。．一滤波的摹本原理因为滤波器的频率特性HnOcI))一般为复数，所以¨·。(jcI))I