第11章红外物理与技术[杨风暴][电子课件]

经过两点校正后的输出表示为
yij (n) Gij (n)xij (n) Oij (n)
两点非均匀性校正过程如下：
①使焦平面通过光学系统与平面黑体源对准，黑体辐射均匀照射在红外 焦平面阵列上，并充满焦平面的整个视场； ②控制黑体辐射源的温度在 TL； ③测量焦平面每个探测元的响应值，该测量值在一个预先设定的曝光时 间内完成，响应值储存在第一存储单元； ④重复步骤③，在大量设定的时间内完成大量的测试数据，重复次数为 8次到10次； ⑤求每个探测元在 TL下的响应值求平均； ⑥对所有探测元的响应值求平均； ⑦设置黑体辐射源的温度在 TH，且 TL小于 TH； ⑧重复步骤③、④、⑤、⑥，计算每一探测元在温度 TL下的响应平均值 及所有探测元的响应平均值； ⑨根据式前两式，计算每一探测元的响应增益和偏移量，分别存储在查 找表LUT内，以供校正时取用。 ⑩根据查找表LUT内的增益和偏移量系数，按第三式对红外图像进行校 正。该算法是假设探测元的响应为线性的基础得到的，是一种较成熟的 NUC算法。该算法的最大优点就是实现简单，易于在实时系统中实现。
2 匀性
4
光学系统的 影响
3 外界输入的
相关非均匀 性
器件自身的 非均匀性
导致探测器自身的非均匀性的原因，与材料质 量、工艺过程等有关。除此之外，器件转移效率的 不一致也有影响。
器件工作状态 引入的均匀性
焦平面器件的温度均匀性影响整个焦平面阵列 的响应均匀性。电流噪声主要有加性噪声构成，对 探测器件的非均匀性也有较大影响。
国外的大量研究工作集中于基于场景的非均匀性校正技 术，并提出了多种基于场景的非均匀性校正方法。目前比 较实用的还是两点法和扩展两点法。
两点温 度定标 算法
LMS自适应与 两点温度定标 非均匀性校正
综合方法
主要算法
LMS自适应 非均匀性校
正方法
高通滤波 算法
(1)两点温度定标算法
如图（a）所示从图中可以看出各探测元在相同输入条件下，具有不 同的输出特性。输入输出曲线截距的不同反映了探测器的噪声电流 的不均匀性，曲线斜率的不同反映了响应率的不均匀性。非均匀性 校正就是使相同辐射条件下的探测器的响应曲线重合于一条曲线， 为此设定一条标准曲线，将各探测元的响应曲线分别做旋转和平移 变换，可得到图（b）和图（c）所示的曲线，最终使探测元的响应 曲线完全重合。
1 (n)
2 (n)
3 (n)
M 1(n)
M (n)
自适应控制算法
y(n)
(n)
Hale Waihona Puke Baidud (n)
令w（n）为权系数矢量，即
1(n)，2 (n)，3 (n)， M (n)
(n) [1(n)，2 (n)，3(n)， M (n)]T
输入信号矢量为
x(n) x1(n)，x2 (n 1)，x3(n 2)， ，xM (n M )T
基于参照源的校正 技术要求在特定温 度的黑体均匀辐射 下，对红外焦平面 阵列定标，通常使 用两点定标技术或 多定点定标技术。
基于场景校正技术
基于场景的方法不需要黑体标 定，而是根据场景的运动，在 每个像素上产生场景温度的变 化。这些温度每变化一次提供 统计一个参考点，依照这些参 考点，探测器的非均匀性影响 就可以被校正了。
外界输入的相 关非均匀性
红外成像系统中，目标和背景红外辐射强度变 化范围、红外热像仪光学系统的背景辐射等外界特 征会对焦平面器件的非均匀性产生影响。
光学系统如红外光学镜头的加工精度、摄像头 红外综合箔条 对光轴的偏转角度等因素也会导致红外图像的非均
匀性。
11.2.2 红外图像非均匀性校正方法
基于参照源校正技术
红外物理与技术
第11章 红外图像处理技术
主要内容
11.1 红外图像特点 11.2 红外图像的非均匀性校正 11.3 盲元检测与补偿 11.4 红外图像的增强 11.5 红外图像的降噪
教学要求
1.了解红外图像的特点； 2.理解红外图像的非均匀性产生的机理和校正方法； 3.理解红外图像的盲元检测与补偿方法； 4.掌握红外图像增强和降噪的理论和方法，理解实验分析结
两点非均匀性校正算法根据系统的动态范围，使黑体分别工 作在两个不同的温度下，分别测出各探测元在不同温度下的响应 值，然后归一化，得到各像素校正增益和偏移量分别为
Gij
VH VL
yij (H ) yij (L )
Oij
VH yij (L ) VL yij (H ) yij (L ) yij (H )
假设 n 0 时刻的权系数取任意值W (0)，利用LMS算法进
(2)高通滤波算法
高通滤波算法是环境温度对探测器而言属于慢变化 量，图像本身包括目标、背景噪声属于快变化量，因而 图像可看作高频部分。而非均匀性是探测器的固有的噪 声，分布在低频的部分，因而利用增益补偿和高通滤波 算法完成红外焦平面阵列的非均匀校正.
x(k)
x'(k)
增益 Gij
低通滤波
y(k)
f (k)
假设探测器的响应输出为 x(k)，增益补偿后变为
x'(k ) Gx(k)
低通滤波输出为 f (k) ,则校正后的输出为:
y(k) Gx(k) f (k )
(3) LMS自适应非均匀性校正方法 下图为自适应横向滤波器的结构框图
x(n)
z 1
z 1
x(n M 1) z 1
z1 x(n M )
显然输出信号矢量为
M
y(n) i (n)x(n i 1) W T (n) X (n) i 1
实际中，由于图像的随机性以及噪声的变化，同一探 测元在不同时刻，即使在相同的输入下，其邻域均值也是 不相同的。但在一段时间内，根据相邻像素间的相关性， LMS算法迭代去噪的效果趋于各个像素灰度值的四邻域平均 去噪效果，即LMS非均匀性校正后的剩余非均匀性，近似等 于四邻域平均后的非均匀性。当噪声较大时，由于四邻域 去噪能力有限，LMS算法的非均匀性校正能力也受到限制。
果。
11.1 红外图像特点
1 对人眼而言，分辨率低
红外图像空间相关性强、对比 度低、视觉效果模糊
2
3 红外图像的清晰度低于可见光图像
红外图像多种多样的噪热噪声、散 粒噪声、 噪声、光子电子涨落噪声
4
11.2 红外图像的非均匀性校正 11.2.1 红外图像的非均匀性产生机理
器件自身的
非均匀性 1
器件工作状 态引入的均