基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法，它包括兩點(diǎn)線性非均勻校正和基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非均勻校正；其中兩點(diǎn)線性非均勻校正包括以下子步驟：使焦平面通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)；計(jì)算每一探測(cè)元在高、低溫下的響應(yīng)平均值及所有探測(cè)元的響應(yīng)平均值；計(jì)算每一探測(cè)元的校正增益和偏移量，分別存儲(chǔ)在查找表內(nèi)，以供校正時(shí)取用；根據(jù)查找表(LUT)內(nèi)的增益和偏移量系數(shù)，對(duì)紅外圖像進(jìn)行校正。本發(fā)明可以比較全面的描述焦平面探測(cè)器的響應(yīng)特性，并且充分考慮資源開銷、功耗和應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)精度的不同需求，能夠有效提高紅外熱像儀的成像質(zhì)量，降低焦平面非均勻性。
【專利說明】基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均 勻性校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非均勻校正方法，尤其涉及一種基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二 元非線性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于制造過程中的差異，非制冷紅外焦平面陣列（Focal Plane Array,簡(jiǎn)稱FPA) 探測(cè)器中的每個(gè)探測(cè)元的光譜響應(yīng)特性存在差異，稱其為非均勻性。非均勻性表現(xiàn)為探測(cè) 器輸出圖像中疊加在場(chǎng)景上的固定圖案噪聲（Fixed Pattern Noise，簡(jiǎn)稱FPN)。該噪聲嚴(yán) 重影響圖像質(zhì)量，不利于目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別等應(yīng)用，需要通過校正進(jìn)行抑制甚至消除。由于非 均勻性隨時(shí)間以及環(huán)境條件的變化而漂移，僅在使用前進(jìn)行一次基于標(biāo)準(zhǔn)黑體的標(biāo)定是不 夠的。但在使用過程中周期性進(jìn)行基于黑體的標(biāo)定不但需要中斷工作狀態(tài)，而且需要額外 的光學(xué)、機(jī)械設(shè)備?；趫?chǎng)景的方法可利用圖像中的場(chǎng)景或目標(biāo)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)非均勻性校正，不 需要額外設(shè)備，不需要中斷工作狀態(tài)，因而得到廣泛研究與應(yīng)用。
[0003] 近年來，NUC技術(shù)得到很大的發(fā)展，大致可以分為兩類，一類是基于參考輻射源的 校正算法，如兩點(diǎn)或多點(diǎn)校正技術(shù)，他們需要已知的參考輻射校正源，而且在實(shí)際系統(tǒng)中， 為了降低探測(cè)器相應(yīng)特性漂移對(duì)校正效果的影響，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行周期性的重復(fù)定標(biāo)，這 就相應(yīng)的增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，并影響了系統(tǒng)的正常工作，降低了系統(tǒng)的可靠性，但該方法 是一種較成熟的非均勻性校正算法，最大優(yōu)點(diǎn)就是算法實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單性，易于在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中 實(shí)現(xiàn)。
[0004] 另一類是基于場(chǎng)景的校正算法，是利用不同的現(xiàn)代信號(hào)理論建立的一類算法，如 常數(shù)統(tǒng)計(jì)、時(shí)間高通濾波器技術(shù)、卡爾曼濾波算法等；基于場(chǎng)景的NUC算法利用場(chǎng)景中的信 息來獲得校正參數(shù)，因而可在不同程度上消除參數(shù)特性漂移對(duì)NUC性能的影響，是目前校 正算法發(fā)展的趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以比較全面的描述焦平面探 測(cè)器的響應(yīng)特性，并且充分考慮資源開銷、功耗和應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)精度的不同需求，能夠有效提 高紅外熱像儀的成像質(zhì)量，降低焦平面非均勻性的基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線 性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法，它包括 兩點(diǎn)線性非均勻校正和基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非均勻校正；其中兩點(diǎn)線性非均勻校 正包括以下子步驟：
[0008] S11 :使焦平面通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)，黑體輻射均勻照射在紅外焦平面 陣列上，并充滿焦平面的整個(gè)視場(chǎng)；
[0009] S12 :控制黑體輻射源的溫度在TL ;
[0010] S13 :測(cè)量焦平面每個(gè)探測(cè)元的響應(yīng)值yu( Φ L)，該測(cè)量值在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的曝光 時(shí)間內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)單元；
[0011] S14:重復(fù)步驟S13,在大量設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10 次；
[0012] S15 :計(jì)算每個(gè)探測(cè)元在TL下的響應(yīng)平均值％ (么）. *
[0013] S16 :計(jì)算所有探測(cè)元的響應(yīng)值的平均值八；
[0014] S17 :設(shè)置黑體輻射源的溫度在TH，且TL〈TH ;
[0015] S18 :重復(fù)步驟S13?S16,計(jì)算每一探測(cè)元在溫度ΤΗ下的響應(yīng)平均值巧(仏)及所 有探測(cè)元的響應(yīng)平均值VH;
[0016] S19 :計(jì)算每一探測(cè)元的校正增益Gy.和偏移量〇υ，分別存儲(chǔ)在查找表（LUT)內(nèi)，以 供校正時(shí)取用；
[0017] S110 :根據(jù)查找表（LUT)內(nèi)的增益和偏移量系數(shù)，對(duì)紅外圖像進(jìn)行校正，得到校正 后輸出yij(n);
[0018] 基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非均勻校正包括以下子步驟：
[0019] S21 :使紅外焦平面探測(cè)器通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)，黑體輻射均勻照射在 紅外焦平面探測(cè)器陣列上，并充滿紅外焦平面探測(cè)器的整個(gè)視場(chǎng)，并將黑體輻射源的溫度 控制在某一溫度定標(biāo)點(diǎn)上；
[0020] S22:在一個(gè)溫度范圍內(nèi)的八個(gè)定標(biāo)點(diǎn)溫度條件下，很到八組紅外焦平面探測(cè)器的 各個(gè)探測(cè)單元的響應(yīng)值；
[0021] S23:在每一定標(biāo)溫度點(diǎn)上對(duì)于整個(gè)紅外焦平面探測(cè)器的所有探測(cè)單元的響應(yīng)值 進(jìn)行平均，獲得其在八個(gè)溫度定標(biāo)點(diǎn)處的八個(gè)平均響應(yīng)值；
[0022] S24 :對(duì)前兩步獲得的8組定標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)和平均響應(yīng)值進(jìn)行最小二乘曲線擬合， 獲得每個(gè)探測(cè)單元的校正參數(shù)e、g、h,并將這些校正參數(shù)保存；
[0023] S25 :最后對(duì)需要進(jìn)行校正的圖像數(shù)據(jù)帶入校正函數(shù)Z' = eZ2+gZ+h，進(jìn)行非線性非 均勻性校正輸出。
[0024] 所述步驟S19中每一探測(cè)元的校正增益的計(jì)算公式為：
[0025]

【權(quán)利要求】
1. 基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻性校正方法，其特征在 于：它包括兩點(diǎn)線性非均勻校正和基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非均勻校正兩個(gè)步驟；其 中，兩點(diǎn)線性非均勻校正包括以下子步驟： 511 :使焦平面通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)，黑體輻射均勻照射在紅外焦平面陣列 上，并充滿焦平面的整個(gè)視場(chǎng)； 512 :控制黑體輻射源的溫度在TL ; 513 :測(cè)量焦平面每個(gè)探測(cè)元的響應(yīng)值yu( (K)，該測(cè)量值在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的曝光時(shí)間 內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)單元； 514 :重復(fù)步驟S13,在大量設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10次； S15:計(jì)算每個(gè)探測(cè)元在TL下的響應(yīng)平均值巧（(K); 516 :計(jì)算所有探測(cè)元的響應(yīng)值的平均值' ; 517 :設(shè)置黑體輻射源的溫度在TH，且TL〈TH ; S18:重復(fù)步驟S13?S16,計(jì)算每一探測(cè)元在溫度ΤΗ下的響應(yīng)平均值又_, (ΦΗ)及所有 探測(cè)元的響應(yīng)平均值VH; S19 :計(jì)算每一探測(cè)元的校正增益Gy和偏移量Om分別存儲(chǔ)在查找表（LUT)內(nèi)，以供校 正時(shí)取用； S110:根據(jù)查找表（LUT)內(nèi)的增益和偏移量系數(shù)，對(duì)紅外圖像進(jìn)行校正，得到校正后輸 出 yij (η); 基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非均勻校正包括以下子步驟： 521 :使紅外焦平面探測(cè)器通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)，黑體輻射均勻照射在紅外 焦平面探測(cè)器陣列上，并充滿紅外焦平面探測(cè)器的整個(gè)視場(chǎng)，并將黑體輻射源的溫度控制 在某一溫度定標(biāo)點(diǎn)上； 522 :在一個(gè)溫度范圍內(nèi)的八個(gè)定標(biāo)點(diǎn)溫度條件下，很到八組紅外焦平面探測(cè)器的各個(gè) 探測(cè)單元的響應(yīng)值； 523 :在每一定標(biāo)溫度點(diǎn)上對(duì)于整個(gè)紅外焦平面探測(cè)器的所有探測(cè)單元的響應(yīng)值進(jìn)行 平均，獲得其在八個(gè)溫度定標(biāo)點(diǎn)處的八個(gè)平均響應(yīng)值； 524 :對(duì)前兩步獲得的8組定標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)和平均響應(yīng)值進(jìn)行最小二乘曲線擬合，獲得 每個(gè)探測(cè)單元的校正參數(shù)e、g、h,并將這些校正參數(shù)保存； 525 :最后對(duì)需要進(jìn)行校正的圖像數(shù)據(jù)帶入校正函數(shù)Z' = eZ2+gZ+h，進(jìn)行非線性非均勻 性校正輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻 性校正方法，其特征在于：所述步驟S19中每一探測(cè)元的校正增益匕」的計(jì)算公式為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻 性校正方法，其特征在于：所述步驟S19中每一探測(cè)元的偏移量的計(jì)算公式為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點(diǎn)線性和目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性紅外探測(cè)器非均勻 性校正方法，其特征在于：所述步驟S110中的輸出為： Yij (n) = G^· (η) χ^· (η) +0^· (η)； Xij(n)為η時(shí)刻像素（i, j)非均勻性校正前的輸出，yuOi)為η時(shí)刻像素（i, j)兩點(diǎn) 非均勻性校正后的輸出。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK104251742SQ201410526400
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】曾衡東 申請(qǐng)人:成都市晶林科技有限公司