基于热红外图像的人体目标检测方法

红外焦平面探测器能够将入射的红外辐射转变为可测量电信号输出，它是红外整机系统的核心部件。红外焦平面探测器可分为制冷型和非制冷型。制冷型探测器集成了一个低温制冷装置，用于降低探测器温度，起到降低热噪声的作用。制冷型探测器具有温度灵敏度高，探测距离较远的优势，主要应用于高端军事装备。非制冷型探测器无制冷装置，工作在室温状态，虽然灵敏度不如制冷型探测器，但具有功耗低、寿命长、性价比高的优点。近年来，非制冷型红外焦平面探测器阵列规模不断增大，像元尺寸不断减小，而且在探测单元结构及其优化设计、读出电路设计、封装形式等方面出现了不少新技术，性能已可满足部分军事装备及绝大多数民用领域的需要，应用领域得到极大扩展。

非制冷型红外焦平面探测器由许多微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）微桥结构的像元在焦平面上二维重复排列构成，每个像元对特定入射角的热辐射进行测量。像元测量红外辐射的原理是利用红外辐射的热效应，由热敏材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升，导致敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号。热敏材料对于探测灵敏度，即噪声等效温差（noise equivalent temperature difference，NETD）有非常大的影响。按所使用的热敏材料，非制冷型红外探测器主要分为五大类：①由硫酸三甘肽、胆酸锂等构成的热释电型；②由N型和P型多晶硅构成的热电堆型；③由单晶或多晶PN结构成的二极管型；④由氧化钒、非晶硅等构成的热敏电阻型；⑤由双材料薄膜构成的热电容型。不同类型的非制冷型探测器各有优缺点，但总体上具有较为突出的性价比，受到市场欢迎。

非制冷型红外焦平面探测器读出电路的作用是将敏感元件物理参数的变化，如电阻值，以电信号的方式输出。由于照射到焦平面上的红外辐射产生的电信号非常小，很容易受到噪声干扰，因此读出电路的电学噪声要控制得尽量小，以免影响探测器的灵敏度。另外，由于制造工艺上的偏差，像元阵列具有不均匀性，使得探测器输出信号呈现出复杂的变化，造成后续信号处理困难，因此，读出电路在实现行选列选、积分、信号驱动等基础功能外，还要对像元输出信号的不均匀性进行有效补偿。(www.xing528.com)

探测像元接收目标红外辐射后的温度变化很微弱，为维持像元上面的热量，避免空气热交换，需要将其置于真空环境中工作。因此，非制冷型红外焦平面探测器的真空封装技术可分为芯片级、晶圆级、像元级等。比较而言，晶圆级封装更适合大批量和低成本生产，能够为红外热成像的大规模市场（如车载、监控、手持设备等）提供具有足够高性价比的探测器。像元级封装试图将各个像元独立密封起来，目前还处于研究阶段，随着技术逐步成熟，成本将大幅降低。

非制冷红外焦平面探测器的像元尺寸不断减小，面阵规模不断增大。像元尺寸指单个探测元的大小，探测元越小，成像质量越好。像元尺寸一般有35μm、25μm、17μm等几种，目前10μm也已出现。面阵规模体现为面阵上像元的个数，即分辨率。分辨率越高，成像效果越清晰。目前市场上主流的面阵分辨率有160×120、384×288、320×240、640×480、640×512等，具有1 024×768及更大面阵规模的探测器已开始研制及生产。另外这类探测器的非均匀性校正和其他数字图像处理上性能也进一步提高，低成本封装应用也快速增长，这些发展可明显提高探测器的成像质量，提高可靠性，减小体积、重量和功耗。