红外系统中渐晕效应的模拟方法研究_史浩然
红外成像系统非均匀性快速校正方法
红外成像系统非均匀性快速校正方法李召龙;沈同圣;史浩然;娄树理【摘要】To solve the problem of the large calculation quantity when correcting the nonuniformity using the tradition-al scene-based method, a fast correction method was proposed. Through the analysis of the image sequences, the results showed that the nonuniformity can be seen as that a fixed pattern noise superimposed on the ideal video. Firstly, the mean image of the first k frames was obtained. Then the nonuniformity noise matrix was extracted. The original image could be corrected by subtracting the noise matrix. The method was validated by using simulated video and real video. Experimental results show that the method can correct the nonuniformity with smaller calculation quantity and faster speed.%针对传统基于场景的非均匀性校正方法计算量大的缺点,提出一种快速校正方法。
通过对图像序列进行分析,得出非均匀性的表现形式可看作是在理想视频上叠加一个固定图案噪声这一结论。
末敏弹简易红外成像起爆控制系统研究
2目杯和背景红讣辐碍!峙件南昂理T人掌埔l一学位论史反射背景的辐射能以及物体透过的辐射能(透明物体),当物体与背景的温度差不多时,反射能将降低物体与背景的对比度.然而反射比较“热”或比较“冷”的物体,对物体表面的辐射强度影响就比较大。
2.3辐射对比度如果目标和背景的温度相似,则探测就很困难。
对比度对热像仪和红外探测系统等是很重要的,因为所观察的地面目标之洲,其辐射通量的差别不大,而且目标和背景之间的对比度也不高;在此情况下,除采用抑制背景辐射的方法外,通常选择系统的光谱通带,有可能获得最大的辐射对比度。
为此有必要给出M。
与T的微分关系。
图2.3给出在三种背景温度下计算得到的掣与x的变化曲线Ⅲ’。
幽2.3掣与^的变化曲线在环境温度20K范围内,通常是探测系统最关心的范围。
对常用的3~5um和8~14um两个大气窗口,表2.2给出了在T.。
=300K,目标AT=IOK时,‰、Mr、8%,及对比度cl几个量的计算值.表2.2‰、M1、挪%7及对比度c-的计算值光谱带MB‰“‰AT=10K时的对比度GI“m霄·棚2W·mW,m2·K‘3~55.567.872.0×10’O.1728~141.72×10。
1.99×10‘2.620.074从表2.2可知,对8—14um波段对比度近似为0.7%/K,而对于3~5um波段则近似为1.7%/K.在地面温度下,宽带所取得到的对比度比上述两个波段可能更低…。
图2.4及图2.5分别为8~14um及3~5um两波段内不同背景温度下的吆7曲线a14南京理T大学博卜学位论_立=末敏妒简易红外战像起姆抨制系境{df宛图2.4在8~14um波段内吆7图2.5住3~5um波段内彬台与背景温度T8的函数笑系“…与背景温度TB的函数犬系””表2.3给出了290K的黑体的辐射与地面上太阳的辐射在MwIR和LWIR波段的辐射能。
基于双重模型客观评价微光像增强器的分辨力
基于双重模型客观评价微光像增强器的分辨力史继芳;杨斌;韩占锁;解琪;孙宇楠【摘要】以光学调制度模型和归一化互相关模型为基础,以模板匹配和光学调制度双重判据为核心算法,研究了微光像增强器分辨力的客观评价方法,构建了微光像增强器分辨力客观评价系统.光学调制度模型和归一化互相关模型既互相独立又相辅相成.首先,利用归一化互相关模型中的模板匹配系数进行定位和初步评价;然后,用光学调制度模型进行定量分析.这种先定性后定量的图像处理模式提高了微光像增强器分辨力测量的准确性和重复性,实现了对微光像增强器分辨力客观、准确的评价,避免了目视观察法受人的主观因素影响的弊端.实验结果表明,由CCD采集得到的微光像增强器分辨力与人眼观测结果具有较好的一致性,提高了本评价方法的客观性和准确性,该方法也可推广至CCD、ICCD、EMCCD等可见光探测成像系统分辨力的客观评价.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)009【总页数】6页(P2260-2265)【关键词】微光像增强器;图像处理;分辨力;客观评价;模板匹配;调制度【作者】史继芳;杨斌;韩占锁;解琪;孙宇楠【作者单位】西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065;西安应用光学研究所,陕西西安710065【正文语种】中文【中图分类】TN144;TN223微光像增强器是能将微弱光照射下的景物通过光阴极的光电子转换、电子倍增器增强和荧光屏电-光转换再现为可见图像的多波段、多功能的光电子成像器件,可用于紫外光、可见光、近红外光、X射线和γ射线照射下的景物的探测、增强和成像,在微光夜视、夜盲助视、天文观测、X射线(γ射线)图像增强、医疗诊断和高速电子摄影快门等技术中得到了广泛应用[1]。
分辨力是微光像增强器调制传递函数(MTF)曲线2% ~3%调制度对应的空间频率,是反映微光像增强器探测性能的重要参数之一,决定着微光夜视系统在10-3~10-1 lx照度时的作用距离和图像清晰度[2-3]。
结合视觉注意力机制基于尺度自适应局部对比度增强的红外弱小目标检测算法
结合视觉注意力机制基于尺度自适应局部对比度增强的红外弱小目标检测算法沈旭;程小辉;王新政【摘要】如何在没有先验信息的情况下从复杂噪声背景下快速检测到远距离进入的弱小目标,提高整个装备系统的响应能力,是目前IRST热门研究课题.本文通过引入视觉注意机制,提出了一种结合尺度自适应的局部对比度测量的红外弱小目标检测方法.本文首先采用拉普拉斯金字塔尺度空间理论对所有像素点局部对比度进行分析,获得对应的自适应尺度信息;然后在跳出效应的基础上设计了一种基于改进的局部对比度测量模型,最终生成一个显著图来突出目标特性,该方法能够在增强目标对比度同时,抑制背景杂波.定性定量实验结果表明,本文提出的方法相比于对比算法具有较高的红外小目标检测性能,能够对对比度不低于5%的目标稳定检测,适合防空武器装备工程应用.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2019(041)008【总页数】8页(P764-771)【关键词】目标检测;视觉注意;尺度感知;对比度测量;跳出效应【作者】沈旭;程小辉;王新政【作者单位】岭南师范学院信息工程学院,广东湛江 524048;桂林理工大学信息科学与工程学院,广西桂林 541004;桂林理工大学信息科学与工程学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN219红外搜索与跟踪系统(infrared search and track, IRST)是现代战争中不可或缺的关键系统之一,广泛应用于精确制导、光电预警、防空反导等领域[1-2]。
与雷达系统相比,IRST是一种被动探测设备,具有隐蔽性好,精度高,尤其是“对低慢”目标具有较高的探测精度,可以感知远距离的弱小目标[3]。
与可见光系统相比,IRST具有较远的探测距离与抗干扰能力,能够发现隐藏在云层后面的目标[4]。
现役的武器装备大多是集成了雷达、红外与可见光系统,通过各系统的互补配合,提高整个系统的精度与响应时间。
在没有先验信息的情况下从复杂噪声背景下检测出弱小目标是IRST系统中一项关键技术,该技术可以快速检测到远距离进入的目标,提高整个装备系统的响应能力[5]。
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式中:L ( pi , ri , , t )
tpixel
tpixelTint
L ( pi , ri , , t )dt Tint
表示在积分
时间 Tint 内红外传感器像平面接收到的光谱平均辐射。 L ( pi , ri , , t ) 是在 t 时刻,波长, ri 方向探测器区域 Adet(t)上 pi 一点所面与 ri 方向的交叉点。在红外传感 器中,像平面与出瞳平面是平行的且正交于光轴,因 此 与是相等的,公式变成: 1 E ( pi , ) 2 L ( pi , pe pi , ) cos 4 ( )dAep (3) zi pi Aep 式中:zi 是出射光瞳与像平面之间的直线距离。
1
渐晕分析
E ( pi , )
pi Aep
L ( pi , pe pi , )
cos( ) cos( ) dAep (2) 2 pe pi
对于渐晕效应的建模与仿真往往只考虑到入射 窗、孔径光阑等对轴外光束的影响,然而透镜有一定 厚度出瞳面辐照度的变化同样会造成渐晕效应,因此 对渐晕效应的建模与仿真要同时考虑到这两种因素 的影响。图 1 表明了轴外点造成的渐晕,图中物平面 上轴外点 P 发出的光束由于入窗 DD的遮挡只有阴影 部分进入系统, 而轴上一点 Q 发出的光束能完全进入 入射光瞳,这样由于轴上点和轴外点在像平面上对应 点的照度不同造成渐晕,一般采用基于图像像素处理 的方法进行建模,最终得到渐晕系数[4]。
Vol.37 No.4 Apr. 2015
到透镜造成的渐晕,但是实际系统中应综合考虑这两 方面因素的影响。文中采用光线追迹的方法分析了几 何渐晕和透镜造成渐晕的产生机理,在几何渐晕的基 础上叠加透镜造成的渐晕,基于图像像素处理的方法 仿真实现,得到了较好的仿真结果。
平面上一点 pi 接收到的辐照通量示意图,zi 是出瞳面 到像平面的距离。 根据图 1 中的符号,通过立体角ep,像平面上 的一点 pi 所接收到的辐射量 E pi , 可以表示为:
l
各点的灰度值乘以 cos4()的加权因子,随着像平面 点位置的变化而变化。光学系统的焦距为 f,,分 别为探测器阵列的水平宽度和垂直宽度,(i, j)表示像 平面上一点的横坐标与纵坐标,则可以表示为[9]:
pe
d Aep
Ae p
r i p ep i
'
Pi
zi
[10]
某型热像仪的参数
Table 1 Parameters of thermal imager r2 25 d 400
Simulation of the Vignetting Effect in Infrared Imaging System
SHI Hao-ran1,SHEN Tong-sheng2,LI Zhao-long1,LOU Shu-li3
(1.Postgraduate Training Brigade, Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, China; 2.National defense science and technology information center, Beijing 100037, China; 3.Department of Controlling Engineering Naval University of Aeronautics and Astronautics, Yantai 264001, China)
〈系统与设计〉
红外系统中渐晕效应的模拟方法研究
史浩然 1,沈同圣 2,李召龙 1,娄树理 3
(1.海军航空工程学院 研究生管理大队,山东 烟台 264001;2.国防科技信息中心,北京 100037; 3.海军航空工程学院 控制工程系,山东 烟台 264001)
摘要: 渐晕是红外光学系统中普遍存在的现象, 导致最后产生的红外图像存在不应有的亮暗失真情况。 对渐晕产生的原因进行了分析,实际系统中不仅有几何渐晕还有透镜造成的渐晕,这两者共同影响图 像质量。根据渐晕产生的原因,基于图像像素处理法和光线追迹法建立渐晕效应的数学模型,得到仿 真图像并对仿真结果进行分析。理论和实验结果表明文中建立的模型更加完善,有利于红外传感器总 体系统的仿真。 关键词:渐晕;光学系统;红外仿真 中图分类号:V246 文献标识码:A 文章编号:1001-8891(2015)04-0296-04
Vol.37 No.4 Apr. 2015
与中心的最大距离为[(N/2)2+(M/2)2]1/2,图像中坐标 (i, j)的点与中心点的距离由下式决定:
N M i j 2 2
2 2
(4) d tg 2 2 N M 2 2 式中:d 是入射窗和入射光瞳之间的距离;为半视 场角。
网络出版时间:2015-04-28 13:06 网络出版地址:/kcms/detail/53.1053.TN.20150428.1306.003.html 第 37 卷 第 4 期 2015 年 4 月 红 外 技 术 Infrared Technology Vol.37 No.4 Apr. 2015
最终通过在出瞳区域的辐射积分求出了辐照度, 这是通过在出瞳区域内的采样、 采样点 pe 与像平面上 [7] 的一点 pi 之间的连线求得的 。积分公式中 cos4()导 致通过像平面辐照度的变化,像平面中心区域的能量 增加而边缘区域变暗。 通过以上对光学系统渐晕效应产生机理的分析, 在理论上可以看出渐晕效应是由几何渐晕与透镜造 成图像亮暗失真共同影响的结果,对渐晕效应理论建 模的过程中,应同时考虑到这两种因素的作用,在轴 外点渐晕仿真基础之上叠加透镜造成的渐晕现象。
入射窗 入射光瞳 入射光瞳面投影图
视 场Q
D'
P
D
O
O'
Q'
r2
r1 h
P
'
d
图1 Fig.1
轴外点渐晕示意图 图2 Fig.2 成像光束光路图 Schematic of the imaging beam
Schematic of off-axis point vignetting
从轴外视场到光学系统入射窗和入射光瞳作光 线追迹,如图 2 所示,入射窗和入射光瞳之间的距离 为 d,为半视场角。只考虑入射窗不考虑入射光瞳 对光线的拦截作用时,斜光束通过入射窗在入瞳面上 的投影面积是半径为 r1 的圆,其大小为 S1;只考虑入 射光瞳不考虑入射窗对光线的拦截作用,水平光束通 过入射光瞳在投影面上的面积是半径为 r2 的圆, 大小 为 S2。 图 1 中 h 是以半径为 r1 的圆与半径为 r2 的圆两 圆的圆心距离,实际的光学系统中 h 还要受到视场的 限制,可取的最大值为 dtg。 两圆重合部分如图中阴影面积所示, 其大小为 S, 则渐晕系数可以表示为两圆重合面积与以 r2 为半径 的圆之比,即: K=S/S2 (1) 由于文献[4]给出了渐晕系数的具体表达式, 文中 不再给出详细的推导过程和表达式。 下面讨论由于透镜厚度造成的渐晕[6]。图 3 是像
Abstract:Vignetting effect is a common phenomenon in infrared optical system, which results in the brightness distortion situation in infrared image. This paper analyzes the causes of vignetting, which is not only caused by lens but also by geometry, both affect image quality. A mathematical model of the vignetting effect is established based on image pixel processing and ray tracing method according to the cause of vignetting. The simulation image is presented and simulation result is analyzed. Theory and experiment indicate that established model is more complete, which is helpful for infrared sensor simulation of the overall system. Key words:vignetting,optical system,infrared simulation 渐晕效应是光学系统一种重要的非线性效应,它 是反映场景辐射经过光学系统到达探测器表面的辐 照度随着偏轴距离的增加而逐渐减少的一种现象。渐 晕效应的影响是巨大的,它使得像平面中心区域的能 量较强而边缘区域较暗,像平面中心和边缘部分接收 到的辐射能量不同,有时边缘部分只能接收到中心部 分的 10%左右[2],严重影响成像质量。为了更加逼真 的得到红外传感器系统的仿真图,必须对渐晕效应进 行准确的模拟。以往对于渐晕的研究主要是考虑到孔 径光阑等对轴外点的遮挡造成的渐晕[3],或是只考虑
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引言
实际的光学系统只能在一定的空间和一定光束 孔径范围内形成满意的物体像。因此在光学系统中设 置光阑,限制成像空间和光束孔径,能够改善成像质 量;通常在一个光学系统中有许多个光阑,具有最小 张角的光阑的像所对应的光阑,就是系统的孔径光阑; 孔径光阑通过在它前面的光学系统在整个光学系统 物空间内所成的像,称为光学系统的入射光瞳,入射 光瞳通过整个光学系统所成的像就是出射光瞳[1]。