红外图像非均匀性校正及增强算法研究
红外成像系统非均匀性校正方法的研究
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月V bl．36Su ppl em e n t111fraI喇and Las er Engi nee r i ng J un．2007红外成像系统非均匀性校正方法的研究鞠红娥(天津津航技术物理研究所，天津300192)摘要：分析了在红外图像处理中的几种校正方法，并对校正后的剩余非均匀性进行了分析，提出了几种有效的减小剩余非均匀性的方法。
关键词：红外焦平面阵列；非均匀性校正；中图分类号：TN2l文献标识码：A 剩余非均匀性文章编号：1007．2276(2007)增(器件)一0076．03l T●o●■J J1n●●●1●●J州0nU nn0珊l t y C O r I．eC t on S t U dy of l nr r ar ed l m a雹qng SySt emJ U H ong—ecI删iⅡJiⅡhang I n嘶协le o f Tecb ni cal physi c s，Ti anj i n300192，叫na)A bst船ct：SeV er al non岫姗ty con优t i on m em ods aI l d reIn血der nonuIl i fb彻蚵w e re aI l al ys础锄ds eV er al ef!f色ct iV e nonum f o n：Il it y con．ec t i on m e t hods decr eas i ng nonuI l i f or nl i t)，ef f宅ct i V el y w e r e pr opose d．Key删s：h】矗ared f bca l pl a l l e arrays；NonuIⅢ．oIIIl j崎cc愀don；R哪ail l der nonul l if0彻i够corr ecdonO引言近年来，国内外红外焦平面阵列探测器的制作技术越来越趋于成熟，而红外焦平面探测器在红外成像领域的应用也越来越广泛。
红外图像非均匀性校正
改进的红外图像神经网络非均匀性校正算法摘要：红外焦平面阵列（IRFPA）像元响应存在不一致性，会严重影响红外成像系统成像的质量，实际应用中需要采用响应的非均匀性校正（NUC）技术。
传统的神经网络校正算法在校正结果中存在图像模糊和伪像的问题，影响人们对于目标的观察。
在分析了传统的神经网络性校正算法所出现问题原因的基础上，提出了有效的改进算法：用非线性滤波器代替传统算法中使用的均值滤波器。
算法改进之后所得到的校正图像，不仅在清晰度方面有明显的改善，而且有效的消除了传统算法中存在伪像的问题。
关键词：非均匀性；神经网络；模糊；伪像中图分类号：TN215 文献标识码：AImproved infrared image neural network non-uniformitycorrection algorithmAbstract：The responsive of infrared focal plane arrays (IRFPA) is different; it will affect the quality of imaging system seriously. Non-uniformity correction technology will need in practical application. The calibrated images have the problems of blurring and existing ghost artifacts when use the traditional neural network correction algorithm. And it is bad for the observation of the target. After analysis the reasons for the problems in the traditional neural network correction algorithm，proposed the improved algorithm. Replace the mean filter, which used in the traditional algorithm, by the nonlinear filter. The corrected image by the improved algorithm not only a marked improvement in clarity, but also effectively eliminate the problem of artifacts in traditional algorithms.Keywords：Non-uniformity; Neural network; Blurring; Ghosting artifacts0引言红外技术是20世纪初新出的一种不可见光技术，目前已被广泛应用于军事和民事领域，如红外探测，红外监视等。
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红外成像系统是一种利用物体所放射的红外辐射图像来研究物体表面温度分布的一种技术。
在此技术中，成像系统测量物体表面的不断变化的温度，并将其以数字形式传递给计算机，以便进行图像处理和分析。
然而，在红外成像系统中，成像系统的感受器非均匀性会导致图像质量下降，降低对物体表面温度分布的准确度。
因此，人们需要对红外成像系统进行非均匀性快速校正。
本文将介绍一种红外成像系统非均匀性快速校正方法。
校正步骤如下：第一步：对系统进行预热。
在进行非均匀性快速校正之前，需要确保红外成像系统已经预热。
由于数字红外成像系统是基于变差电阻器制造的，因此这种设备必须在10-30分钟内进行预热，以获得最准确的非均匀校正结果。
第二步：选择一个可见光相同区域的点。
在非均匀性快速校正过程中，应选择一个可见光相同区域的点作为校正点。
在该点附近，可以确定一个区域，以此确定成像系统的校正系数。
其次，在选择校正点时，应选择具有相对稳定温度的物体，以避免校正结果受到外界温度的干扰。
第三步：测量校正点的温度。
在选择了一个可见光相同的校正点之后，需要测量该点的温度。
可以使用一个温度计或其他合适的测量设备进行测量。
此外，在测量过程中，应确保温度计和红外成像系统的范围和标定方式相同。
这可以确保准确度的一致性。
第四步：确定校正系数。
在测量了校正点的温度之后，需要确定校正系数以进行校正。
这需要测量在红外成像系统中检测到的校正区域中的每个像素的参数值。
根据这些值，可以计算出一个在该区域内的校正系数。
这个系数可以被应用到整个图像中，从而对红外成像系统的非均匀性进行校正。
第五步：进行校正。
在确定了校正系数之后，我们可以对不规则成像系统进行校正。
这可以通过将校正系数应用到整个图像中来实现。
在校正后，无论是图像的温度测量还是温度差异均可更加准确。
总体来说，这种红外成像系统非均匀性快速校正方法可以快速有效地进行红外成像系统的非均匀性校正。
红外成像电路非均匀性动态补偿技术研究
红外成像电路非均匀性动态补偿技术研究发布时间：2023-03-03T05:41:25.274Z 来源：《中国科技信息》2022年10月19期作者：罗涛张兵[导读] 对三代制冷型红外探测器非均匀性来源进行了总结，对红外成像机芯中的竖条纹状非均匀性来源进行了分析罗涛张兵洛阳电光设备研究所，河南洛阳 471000摘要：对三代制冷型红外探测器非均匀性来源进行了总结，对红外成像机芯中的竖条纹状非均匀性来源进行了分析。
说明了探测器读出电路和信号采集电路是导致红外图像竖条状非均匀性的主要来源，采集电路温度漂移是导致红外竖条纹状非均匀性恶化的主要原因。
论证和实施了基于可调偏压的红外成像电路非均匀性补偿技术和红外电路温度漂移非均匀性补偿技术，对红外成像竖条纹状非均匀性进行补偿，经过试验验证，机芯图像非均匀性得到明显改善，图像竖条纹明显减弱，机芯环境适应性明显增强，图像非均匀性指标得到提升。
关键词：红外探测器；采集电路；温度漂移；非均匀性。
中图分类号：G632 文献标识码：A红外热成像系统是集成光学、机械、电子、半导体技术、控制等多学科的复杂系统。
因其利用物体热辐射被动成像，由于红外辐射的普遍性、被动性，探测距离远，隐蔽性好，因此被广泛应用于军事，民用等各个领域。
如微弱目标探测、导弹预警、红外制导，前视红外成像和辅助导航等领域。
红外图像非均匀性是评价红外成像系统的成像效果的指标之一，从红外成像系统来说，红外图像非均匀性主要来自于红外探测器自身带来的非均匀性，红外成像电路器件参数漂移引入的非均匀性，外界输入相关的非均匀性等。
红外焦平面探测器是红外成像系统的核心光电探测器件，传统的红外焦平面探测器读出电路采用的是多通道模拟信号以高阻输出的方式传送模拟信号[1]。
后端信号采集处理电路通过多路信号匹配电路，放大电路，滤波电路，AD采样电路转化为数字信号进行预处理。
竖条纹是红外图像非均匀性的常见表现形式之一。
对于制冷型模拟输出红外探测器而言，红外成像画面的竖条纹来源于探测器读出电路行列选择造成的输出通道之间的差异，以及后端信号采集电路不同通道之间的运放、电阻偏置和漂移差异，尤其是当采集电路所处工作环境温度变化时，采集电路不同通道之间的漂移差异会通过图像竖条表现出来。
红外成像非均匀性校正技术研究
红外成像非均匀性校正技术研究红外成像技术在军事、安防、医疗等领域具有广泛应用，但其成像过程中存在的非均匀性问题一直是制约其成像质量的关键因素之一。
红外成像非均匀性主要体现在图像中心亮度较高，边缘亮度较低的现象。
为了提高红外成像的质量，研究人员开展了红外成像非均匀性校正技术的研究。
红外成像非均匀性的产生主要是由于红外探测器在制造过程中存在的制造差异以及工作过程中的温度波动所引起的。
红外探测器的制造差异包括器件材料、探测单元数量等因素。
而温度波动则会导致红外探测器的灵敏度发生变化，进而影响成像的质量。
因此，研究人员通过对红外探测器进行校正，以消除这些非均匀性。
目前，红外成像非均匀性校正技术主要分为两种方法：硬件校正和软件校正。
硬件校正是通过在红外探测器上增加校正电路和校正器件来实现的，可以对每个像素点进行校正，但成本较高。
软件校正则是通过算法处理的方式，将非均匀性信息存储在一个表格中，在成像时进行处理，可以降低成本，但对算法的要求较高。
在软件校正方法中，最常用的是查找表法。
该方法通过在红外成像系统中加入一块低温黑体，通过调整不同像素点的增益和偏置来校正非均匀性。
此外，还有基于统计学方法的校正技术，例如使用平均值、中值、高斯滤波等方法来消除非均匀性。
此外，还有一些新的红外成像非均匀性校正技术正在不断发展中。
例如，基于深度学习的方法可以通过训练神经网络来实现非均匀性校正。
通过大量的样本数据进行训练，网络可以学习到非均匀性的特征，并进行校正。
这种方法具有较高的准确性和实时性，但对训练数据的要求较高。
总之，红外成像非均匀性校正技术在红外成像领域具有重要的意义。
通过对红外探测器进行校正，可以提高红外成像的质量，拓宽其应用范围。
随着技术的不断发展，相信在未来会有更多更先进的非均匀性校正技术出现，进一步推动红外成像技术的发展。
红外图像增强算法研究的开题报告
红外图像增强算法研究的开题报告1.研究背景红外成像技术在许多领域得到广泛应用，例如军事、航空、医学等。
与可见光成像相比，红外成像具有不同的物理特性和成像质量。
然而，由于环境条件和红外成像设备的限制，红外图像通常会受到许多因素的影响，并且可能会显示出低对比度、模糊以及信息不足等问题。
通过对红外图像进行增强可以有效提高其可视化效果和可分析性。
2.研究目的本研究旨在研究红外图像增强算法，以提高红外图像的质量和可视化效果。
我们将重点关注对比度增强、图像锐化和噪声消除等技术。
我们将探索不同的红外图像增强方法，并比较它们在不同情况下的效果。
该研究将为红外图像应用和相关研究提供有益的信息和指导。
3.研究内容和方法本研究将包括以下内容：（1）红外成像技术的基础知识和红外图像的特点分析。
（2）红外图像增强的常见方法分析，包括对比度增强、图像锐化和噪声消除等。
（3）对比常见红外图像增强方法进行实验分析，并基于不同指标对其进行性能比较，如峰值信噪比（PSNR）、图像清晰度和灰度级分布等。
（4）基于实验结果，选择并优化最有效的算法进行进一步研究和应用。
本研究将采用实验和分析的方法进行。
我们将使用不同的红外图像和情境进行测试和分析，收集数据并进行分析。
我们将使用各种工具和软件来支持我们的实验和分析，例如MATLAB、Python、ImageJ等。
4.预期成果本研究预计将实现以下成果：（1）基于不同的红外图像增强算法，制定红外图像增强框架，提高红外图像的可视化效果和可分析性。
（2）通过对比常见的红外图像增强方法，发现其性能优缺点，得出更好的实际应用算法。
（3）研究结果可用于指导相关的红外图像应用和其他相关领域的研究。
5.研究计划本研究计划如下：（1）2021年10月至11月：完成背景调研和文献综述，熟悉相关领域和方法。
（2）2021年12月至2022年3月：分析和实验常见的红外图像增强算法，并对其性能进行比较和评估。
（3）2022年4月至6月：优化最有效的红外图像增强算法，应用于实验并进一步探索其性能。
红外图像实时非均匀性校正技术研究及硬件实现的开题报告
红外图像实时非均匀性校正技术研究及硬件实现的开题报告以前，红外图像非均匀性（NU）是因为在使用红外测量仪器（如热成像仪）时，红外探测器中的感应材料并没有被制作得非常均匀。
因此，NU 矫正技术已经成为热成像仪研究中的重要焦点。
虽然这个问题已经被传统技术很好地解决了，但实时NU矫正仍然是一个挑战。
本论文的目的是研究和实现基于 FPGA 的实时 NU 矫正技术。
通过将 NU 地图从红外探测器中提取出来，并实现一个硬件平台以运行NU的算法，来达到实时NU矫正的目的。
硬件部分由热成像器，FPGA，SDRAM和液晶屏组成。
本论文将重点介绍基于 FPGA 的实时 NU 矫正算法和结构实现，并详细分析其算法和硬件运行机制。
首先，我们将介绍NU的算法，包括NU校正、NU地图提取和NU 地图更新等内容，并详细描述它们的实现步骤。
然后，我们将介绍基于 VHDL 的硬件设计流程，包括模块的设计、测试以及模块之间的连接，以实现NU校正的算法。
为了实现实时 NU 矫正，我们使用了SDRAM和FIFO缓冲区将大量的数据存储在FPGA 中，并用DMA 控制器实现数据的传输。
其中，在算法实现过程中，采用了一种比较速度更快的方法，即硬件实现的NU更新方法，以达到实时NU矫正的目的。
最后，我们将对硬件和算法的设计进行测试，并将测试数据与现有的软件矫正方法进行比较和分析。
测试结果表明，实时 NU 矫正算法能够在 FPGA 中良好地工作，并且具有比现有方法更高的实时性。
因此，这篇论文的主要研究内容是在硬件平台上实现基于 FPGA 的实时 NU 矫正技术。
该技术不仅提高了热成像仪的成像质量，还为热成像技术在医学、工业和安全等领域的应用提供了更广泛的应用前景。
红外图像处理
本篇论文选用一种基于DSP的红外图像处理及传输系统，对一幅320X 240 红外图像进行非均匀性校正和图像增强，最后将处理后的图像数据通过USB接口传输到PC机上进行显示。
论文中通过非均匀性的定义系统的研究了非均匀校正的算法分类和各种算法之间的比较。
目前可以分为两类：基于红外参照源的校正算法和基于场景的校正算法。
基于红外参照源的校正算法包括一点校正法，两点校正法和多点校正法。
基于场景的校正算法包括十余高通滤波法，人工神经网络法等。
这几种算法的比较可以参考论文。
这里重点研究了两点温度定标算法。
这也是在实际中应用较广泛的一类算法。
这个算法实际是由两个假设条件：每个探测单元的响应是线性的并且探测单元的响应必须具有时间稳定性。
具体的两点温度定标算法理论此处省略。
此处详细介绍系统的结构：FIFO在CPLD的时序控制下读入图像数据，然后将图像数据再送入DSP 中进行图像处理，处理完的图像保存到SDRAM中，当产生中断时，通过USB 接口传输到PC机上显示。
5509A自带USB模块，它是一个符合USB1.1协议的从属USB模块。
利用usb 模块实现数据的通信是次论文的亮点。
Usb的引脚论文中给以了详细的说明，这里重点说明一下usb与dsp存储器之间的数据传输：在IN事务中，SIE (串行接口引擎)从UBM 接收数据，转换成串行数据流后送给主机。
在OUT事务中，SIE将主机的串行数据转换成UBM的并行格式。
UBM在SIE与缓冲器RAM之间传输数据。
在UBM将数据传输到SIE之前，CPU或USB的DMA控制器必须将数据放入缓冲器RAM中。
当CPU或DMA控制器已经准备好将数据移入DSP的存储器时，必须等待UBM把数据从SIE移到缓冲器RAM。
图像的采集电路系统选用了Integrated Device Technology(IDT)公司生产的IDT72V263，它是一款可编程同步FIFO芯片。
FIFO是一种具有存储功能的高速数字芯片，在高速数据采集时常被用作数据缓存，有同步FIFO、异步FIFO和触发FIFO三种。
红外图像非均匀性校正相关汇总
红外图像⾮均匀性校正相关汇总红外图像中的不规则条纹是红外焦平⾯阵列⾮均匀性的体现，⾮均匀性产⽣的原因⼗分复杂，在⽣产时完全消除其⾮均匀性是不现实的，只有通过⾮均匀性校正来提⾼其性能。
红外焦平⾯成像产品在出⼚前⼀般都会对其进⾏定标校正，但产品交付后，由于探测器的时间漂移特性和使⽤环境的变化，图像中的⾮均匀性会逐渐增强，甚⾄严重到影响产品的使⽤。
如果重新对产品进⾏定标校正，需要⼤量外部条件的⽀持，有时甚⾄是不现实的，此时采⽤基于场景的校正算法，就能完全依靠场景⾃⾝的信息，有效去除图像的⾮均匀性，改善图像质量。
⾮均匀性来源主要有：探测器中各阵列元的响应特性⾮⼀致性；1／f噪声；光学系统和扫描电机扫描线性度的影响；电信号传输与放⼤通路的不⼀致等。
两种校正⽅法：基于定标（如两点校正算法TPC（两点温度定标法）、多点校正算法ETPC、多项式拟合算法）基于场景（如神经⽹络⽅法、时域⾼通滤波算法、恒定统计平均法）基于定标⾮均匀校正通常需要事先获得校正所需要的定标系数，然后在校正实现过程中读取这些数据作相应的处理，精度⾼，算法相对简单，但不能⾃适应跟踪探测元响应特性的漂移。
当漂移很⼤时，需要重新定标来更新校正系数。
基于场景的⾮均匀校正是利⽤场景信息的变化即时估计出探测元的增益和偏移量，可⾃适应地跟踪探测像元输出的漂移，缺点是多数算法是假设探测元响应线性问题提出的，算法相对较复杂，校正精度不⾼，硬件实现难度较⼤。
两点校正法利⽤同⼀⿊体，分别进⾏低温和⾼温数据采集。
两点校正法是最早开展研究、最为成熟的算法之⼀。
应⽤两点法校正有两个前提条件，第⼀，探测器的响应在所关注的温度范围内是线性变化的，第⼆，探测器的响应具有时间的稳定性，并且其受随机噪声的影响较⼩，则⾮均匀性引⼊固定模式的乘性和加性噪声。
【⽂献】李旭, 杨虎. [J]. 红外与激光⼯程, 2008(s2):608-610.论⽂中对1x128线列探测器进⾏两点法⾮均匀性校正试验。
一种基于大视场红外图像的非均匀性校正算法
・图像 与信 号处理 ・
一
种 基 于大 视 场 红外 图像 的非 均匀 性 校 正算 法
倪云龙， 郝秋 来 ， 于繁迪
（ 华北光电技术研究所 ， 北京 １ ０ ０ ０ １ ５ ）
摘 要 ： 研 究 了行 扫体制 热像 仪获取 的大视场 红 外 图像 非 均匀 性校 正 的处 理 方 法。 首先 分析 了大视场 下全 局校 正算 法 的局 限性， 然后 提 出 了对 大视场 图像 分块处理 的想法 ， 通 过 分块 图像 获 取补偿 参 数来对 非均 匀性进 行校 正 。最后通 过 实验 证 明 了该 算法 能够在 单帧 图像 信 息 更 加 丰富 ， 包 含 景物 的温度 动态 范 围相 对更 大 ， 对 于 图像
处理 的要 求也更 高 。
目前 红外 成像应 用最 为广泛 的非 均匀性 校』 Ｅ 方
法 为两点 校正 法 ， 其 基 本 思 想是 通 过 对 两 个不 同 的 确 定温 度点下 的均 匀 辐 射 黑体 定 标 ， 通 过计 算 获 得
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｅ ； ＮＵ Ｃ； ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ； ｌ ａ ｒ ｇ ｅ Ｆ ＯＶ
１ 引 言
传统 全局 校正 方法 的校正效 果不 甚理想 。本文分 析 了传 统全 局 校 正 算 法 在 大 视 场 图 像 下 应 用 的局 限 性， 提 出一 种对 大视场 红外 图像进 行 分块 ， 通 过分块 获取 补偿 参数来 对非 均匀性 进行 校正 的方 法。
第４ ３卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ３月
激 光 与 红 外
Ｌ ＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦ Ｒ ＡＲＥＤ
基于场景的红外非均匀性校正算法对比研究
关键词：红外焦平面阵列；非均匀性校正；时域高通滤波算法；神经 网络算法；恒定统计量算法； 空中场景；地面场景；算法仿真
中图分类 号 ：Ｔ Ｎ２ １ ５ 文献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ １ ． ８ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ — ０ ５ ６ ０ — ０ ０ ７
Ｃｏ ｍ ｐａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓｃ ｅ ｎｅ － ｂａ ｓ ｅ ｄ Ｉ ＲＦＰ Ａ Ｎｏ ｎｕ ｎｉ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｔ ｙ Ｃｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎ Ａｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｓ
ＺＨＡＮＧ Ｘｕ ｅ — ｆ ｅ ｎｇ ， ＣＨＥＮ Ｂａ ｏ ． ｇ ｕｏ ， － ，Ｆ ＡＮ Ｙａ ｎ ｇ ． ｙ ｕ ， Ｗ ＡＮＧ Ｗｅ ｉ ， （ １ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａＡｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ ｅＭｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅＡｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ， Ｌｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ４ ７ １ ０ ０ ９ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ；
第 ３ ５卷 第 ９期 ２ ０ １ ３年 ９月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ９
Ｓ ｅ ｐ． ２０１ ３
基 于场景 的红外非均匀性校正算法对 比研 究
张学峰 ，陈宝 国 ， 一 ，樊养余 ，王 巍 ，
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ＇ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
红外探测器非均匀性校正
b.较为理想的红外焦平面阵列图像
图3：红外焦平面阵列图像校正前后对比
非均匀性的校正方法
红外探测器非均匀性校正
基于温度标定的非均匀性校正
基于场景的非均匀性校正
单 点 法
两 点 法
多 点 法
时 域 高 通 滤 波 法
恒 定 统 计 法
卡 尔 曼 滤 波 法
基于温度标定的校正技术的原理及优缺点 基于温度标定的校正技术要求在特定温度下由黑 体产生的均匀辐射对红外焦平面阵列定标，通常 使用两点定标算法或多点定标算法。 优点：算法成熟、原理简单，便于硬件实时处理 实现； 缺点：当红外探测器的非均匀性很大时，基于标 定的校正方法存在一定的误差，并且基于标定的 校正方法在使用时，需要隔一段时间就进行重新 标定，以保证非均匀校正系数的准确。
(c) 两点温度标定校正后
(d) 三点温度标定校正后
非均匀性校正的算法（两点校正为例）过程
分别在高温辐照度低温辐照度 进行定标 根据标定数据，应用盲元检测 算法得到盲元的数目、标记 盲元的位置 得到中间辐照度的红外数据， 并判断是否是盲元 No 运用两点或多点校正算法， 得到校正后的数据 运用校正后的数据和盲元补偿 算法，得到补偿后的数据
(a) 未进行盲元的检测和补偿
(b) 进行盲元检测和补偿后
图2：进行和未进行盲元检测比较图
非均匀性的产生原因
1
部件 影响非均匀性的起因 饱和电流 探 测 器 阵 列 光敏面积
具体因素 载流子寿命、掺杂浓度 PN节面积、晶体缺陷 光刻技术 表面反射率、载流子寿命 入射光谱成分 成分配比、势阱深度 掺杂浓度、势阱深度 CCD设计、电荷迁移率 势阱的非线性 输入电阻、电容
HgCdTe光伏探测器的辐射响应性能与它所处的实际温度 相关，焦平面器件和焦平面器件探测单元的温度均匀性 将影响整个焦平面器件响应的均匀性。同样，红外探测 单元及其CCD器件单元驱动信号的变化将影响整个焦平 面器件响应的均匀性。这种非均匀性主要由焦平面器 件的工作状态确定，同一焦平面在不同成像系统中可 以有不同的非均匀性效果。
基于场景的红外焦平面非均匀校正算法综述
基于场景的红外焦平面非均匀校正
算法综述
基于场景的红外焦平面非均匀校正算法是用来校正红外图像中的非均匀性的一种算法，它的主要作用是消除红外图像的热成像失真，以提高图像质量。
红外图像由于热源分布不均匀、传感器敏感度不一致、物体表面反射特性不同等原因，都会出现明显的焦平面非均匀性（FOVU）。
为了减少这种失真，开发人员需要对图像进行校正，以保证图像的质量。
基于场景的红外焦平面非均匀校正算法具有以下优势：首先，它能够根据场景的具体情况，比如场景中的热源分布、传感器的敏感度等，来实现对红外图像的自动校正，这使得校正工作更加简单、快速。
其次，该算法可以有效减少红外图像的非均匀性，消除失真，从而提高图像的质量。
最后，该算法可以对不同类型的红外图像进行校正，包括单色、多色、多光谱和多投影等，从而满足不同应用场景的需求。
基于场景的红外焦平面非均匀校正算法的实现大致可分为以下几个步骤：首先，根据场景的具体情况，采集相应的红外图像；其次，利用图像处理技术对采集的红外图
像进行预处理；第三，计算场景中的热源分布和传感器的敏感度；第四，建立模型，采用数学优化算法对红外图像进行非均匀校正；最后，将校正后的红外图像输出，以满足应用需求。
基于场景的红外焦平面非均匀校正算法是一种用于消除红外图像FOVU的有效方法，可以有效改善图像的质量，满足不同应用场景的需求。
该算法的实现过程简单易行，可以根据场景的具体情况自动进行校正，具有一定的实用价值。
环境温度对红外图像非均匀性影响的研究
第37卷第12期2008年12月 光 子 学 报AC TA P HO TON ICA SIN ICAVol.37No.12December 20083兵器科技预研项目(30404010103)资助Tel :025********* Email :sxbhandsome @ 收稿日期:2007207223环境温度对红外图像非均匀性影响的研究3隋修宝,陈钱,顾国华(南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京210094)摘 要:定量分析了SOFRADIR 公司生产的320×240凝视型非制冷焦平面探测器关键偏置电压FID 、V EBASA GE 对焦平面探测器输出的影响.通过测试发现,焦平面驱动电路板所处系统内部环境温度在某一温度附近有振荡现象,理论上推导出了焦平面驱动电路所处系统内部环境温度在(-10℃,40℃)的缓慢漂移以及振荡均能使关键偏置电压产生毫伏级漂移的结论.结果表明,焦平面驱动电路所处系统内部环境温度变化严重影响了焦平面探测器输出的稳定性并改变了红外图像的非均匀性,为基于环境温度补偿的非均匀性校正算法研究提供了依据.关键词:光学;红外图像;红外焦平面阵列;环境温度变化;非均匀性中图分类号:TN215 文献标识码:A 文章编号:100424213(2008)1222572240 引言随着红外焦平面阵列(IRFPA )应用的日趋广泛[1],现有的探测器工艺水平无法达到设计理想均匀图像传感器的能力,其成像性能受非均匀性影响严重,实际应用中必须进行非均匀性校正[223].非均匀性产生的原因是红外图像非均匀性校正的依据.目前对红外图像非均匀性产生原因的分析主要集中在红外焦平面探测器的工艺水平以及器件本身,比如:器件的半导体材料的不一致性、掩膜误差缺陷、制作工艺、1/f 噪音、信号电荷放大输运不一致等[427].由此发展起来的非均匀性校正算法主要有基于定标的和基于场景的[8].基于定标的非均匀性校正算法不能完全准确地模拟探测器的响应,且无法解决焦平面输出随时间漂移的问题;基于场景的非均匀性校正算法虽然能够补偿焦平面输出随时间的漂移,但大多数算法较为复杂且无法应用在测定目标绝对温度的标定系统中.上述校正算法存在的问题要求对红外图像非均匀性的产生原因做进一步的推导分析,本文便从红外热像仪系统出发,通过理论推导和实验数据分析系统内部环境温度对红外图像非均匀性方面的影响.1 环境温度对红外图像非均匀性影响的理论分析 完整的红外热成像系统由红外焦平面探测器和红外成像电子学组件组成,红外成像电子学组件包含极易受内部环境温度影响的模数混合电路系统2焦平面探测器驱动电路板,由此推断红外图像的非均匀性不仅由红外焦平面探测器本身引起而且必然受驱动电路板所处系统内部环境温度的影响.本文以SORADIR 公司生产的320×240凝视型非制冷红外焦平面探测器为例对该问题进行研究.1.1 偏置电压对焦平面输出的影响SOFRADIR 公司的320×240非制冷焦平面探测器对8～14μm 波段的长波红外光敏感,该探测器读出电路采用行积分形式读出信号,其正常工作需要2个3.3V 的供电电源,5个数字信号,6个偏置电压,其中4个偏置电压值固定,分别为3个0V 和1个固定的2.05V 电压VBIAS_SU I ,另外两个关键偏置电压FID 和V EBASA GE 可调,同时需要热电稳定器稳定焦平面温度以获得稳定的输出.焦平面探测器正常工作时输出波形如图1.图1 焦平面探测器输出波形Fig.1 Output waveform of FPA detector三个非零偏置电压VBIAS _SU I 、FID 、V EBASA GE 中VB IAS_SU I 对焦平面输出影响较小,但FID 、V EBASA GE 对焦平面的输出影响却较大[9].热电稳定器将焦平面温度稳定在30℃时的条件下,实验室测得FID 、V EBASA GE 与焦平面输出(SOR TIE )的定量关系如表1.12期隋修宝,等:环境温度对红外图像非均匀性影响的研究表1 FID 和VEBASAGE 对焦平面输出的影响FID/V V EBASA GE/V一帧图像平均电平/V1.3922.809 2.1251.3922.811 2.1001.392 2.813 2.0811.092 2.607 2.1301.095 2.607 2.1481.0972.6072.167 根据表1发现,FID 或者V EBASA GE 2mV 的改变会造成图像平均电压20mV 左右的波动.对行积分焦平面探测器而言,SOR TIE20mV 的波动表现在图像上就是条纹干扰,即非均匀性.正因为FID 、V EBASA GE 对输出图像的影响很大,SORADIR 公司对这两个偏置电压的要求极高,要求其最大RMS 噪音均不大于100uV.在系统实际工作过程中,偏置电压由模拟电路或者模数混合电路产生,极易受环境温度变化的影响,下面将从理论上分析系统内部环境温度改变对偏置电压造成的影响.1.2 驱动电路所处环境温度对偏置电压的影响通常偏置电压产生电路如图2,电源模块或者D/A 芯片产生的电压经过二阶RC 有源低通滤波器滤除噪音干扰后供给焦平面探测器.图2 偏置电压产生原理Fig.2 Schematic diagram of bias voltage通常情况下,红外热成像系统封闭在机壳内,外界环境温度则根据季节、气温的不同一般在-10℃～30℃的范围内变化,由于系统各部分电路(尤其是数字电路部分)工作时释放热量较大,驱动电路板所处系统内部温度可能由外界环境温度升高至40℃甚至更高,因此驱动电路上的各部分模拟器件以及模数混合器件的温度范围至少为-10℃～40℃.偏置电压在该温度范围内的漂移分析如下.以ONSEM I 公司的低温漂系数NCP500-3.3电源模块为例,其输出电压与外部环境温度之间的关系如图3.图3,在-10℃～40℃范围内,输出电压温漂最大可达5mV.对二阶RC 低通滤波器而言,即使采用低温漂放大器,电源模块和二阶RC 低通滤波器组成的系统的总温漂也不可能小于5mV.根据表1,这个温漂会造成探测器的输出漂移达到几十毫伏甚至更高.这里的温漂实际上是指“硬漂移”,即:环境温度的绝对改变造成器件输出电压的绝对改变.图3 环境温度与输出电压的对应关系Fig.3 Relation between environment temperatureand output voltage相应的系统工作中还存在一种“软漂移”现象,即:环境温度的迅速变化造成电容值的改变,由于电容充放电常量的存在,电容器存储的电量不会迅速变化,从而导致偏置电压变化.热成像系统的正常工作过程中,总是存在热量散发不均匀的问题,因此电容器所处的环境温度在某一温度附近迅速振荡造成偏置电压改变,以二阶RC 有源低通滤波器为例说明.驱动电路板温度迅速变化前后有C T 1U T 1=C T 2U T 2(1)式中:C T 1、C T 2分别表示T 1、T 2时的电容量;U T 1、U T 2分别表示T 1、T 2温度时电容C T 1、C T 2上的电压.且有U T 2=U T 1+ΔU(2)C T 2=C T 1+k T C T 1(T 2-T 1)(3)式中:ΔU 表示温度变化前后电容器上的电压差;k T 为电容器的平均温度系数,对低ESR 的KEM ET 陶瓷电容器而言,其值在0.5%/℃左右.于是ΔU =U T 1C T 1C T 1+C T 1k T (T 2-T 1)-U T 1=U T 11+k T (T 2-T 1)-U T 1(4)根据式(4),欲求得ΔU ,首先需要求得在小于电路充放电时间常量的内驱动电路板的温度改变(T 2-T 1).一阶RC 无源低通滤波器的时间常量τ为RC ,其截止频率为1/RC (-3dB 带宽),而常用的二阶RC 有源低通滤波器的时间常量与一阶RC 无源低通滤波器相比并没有数量级上的变化,仅仅是阻带边缘更陡直.为分析简便且不影响结果的正确性,假定该电路的二阶RC 低通滤波器由参量一致的一阶RC 低通滤波器组成,其截止频率仍为1/RC.探测器需要的偏置电压是直流信号,考虑滤除电网中的50Hz 工频,要求1/RC <2πf g (5)3752光 子 学 报37卷式中1/RC表示二阶RC低通滤波器的截止频率;f g表示工频50Hz.由式(5)可得二阶RC低通滤波器电容的充放电常量需要满足τ=RC>0.318s(6)根据式(6),RC越大其充放电时间常量越大,电容器两端电压越容易受到环境温度快速变化的干扰,因此,选择RC为0.318s.事实上,驱动电路中偏置电压最后的产生要经过电压变换、滤波等各种电路综合作用;电路中各种分布参量(比如互连线电感、电容、互感、互容等)的存在也增大了电容的充放电常量,因此实际的充放电常量要比0.318s大很多,这种情况下,认为0.1s 的时间间隔内电容器上的电量基本没有变化.为了准确地测试ΔU,现以0.1s时间间隔测试驱动电路温度变化趋势,测试的条件为:环境温度传感器尽量靠近焦平面驱动电路板,并模仿焦平面系统的封闭环境,在外部环境温度为25℃、开机1h以后,总共测试50组,取平均值.结果如下:表2 25℃环境温度时驱动电路温度与测试时间对应关系测试时间/s驱动电路温度/(℃)0.132.530.232.960.330.940.431.120.533.000.632.220.730.110.831.450.933.261.032.60 根据表2的数据对比,驱动电路的温度总在某一温度上下变动,变化幅度最大可达2℃.焦平面探测器所需要的直流偏置电压一般在3.3V的基础上进行分压,并经过RC滤波器之后得到.在0.1s时间内电容器上的电压差为ΔU=(3.31+0.005×2-3.3)V=3.3mV(7)焦平面驱动电路由环境温度变化造成的“软漂移”也造成了偏置电压在某一电压值附近产生3.3mV的振荡.综上所述,毫伏级偏置电压的漂移严重影响了焦平面输出的稳定性,使红外图像非均匀性恶化;焦平面探测器正常工作所散发的热量和热成像系统所处系统内部环境温度变化造成的驱动电路的“硬漂移”和“软漂移”均能造成偏置电压的毫伏级的漂移,进而严重影响焦平面输出的稳定性并改变了红外图像的非均匀性.2环境温度对焦平面输出影响测试结果为了直观地观察环境温度对焦平面输出的影响,采用如下测试方法:利用恒温箱控制驱动电路板所处系统内部温度在-10℃～40℃范围内变化,分别采集25帧同一黑体温度时焦平面输出数据累加平均,累加平均的目的在于消除随机噪音影响.图4为黑体温度为35℃时焦平面探测器随系统内部温度变化时的输出;表4则为黑体温度为35℃时焦平面输出随环境温度变化的非均匀性.图4 焦平面探测器响应随环境温度变化曲线Fig.4 Curve of FPA detector output according tovariety of environment temperature表3 驱动板温度与焦平面输出非均匀性对应关系驱动板温度/(℃)焦平面输出非均匀性-108.6%08.2%107.6%207%30 6.9%407.7% 从图4可以看出,在系统内部-10℃～40℃的温度范围内探测器模拟输出变化达到了8mV,而该探测器的探测灵敏度为4mV/K,因此探测器对热目标的响应在此内部温度变化范围内漂移了2℃;同时根据表4,焦平面响应的非均匀性在系统内部-10℃～40℃温度范围内也发生了变化.由此可以看出,系统内部环境温度的变化影响了红外焦平面阵列探测器输出的稳定性进而改变了红外图像的非均匀性.3 结论随着红外焦平面探测器应用的日趋广泛,各行业对红外图像的要求越来越高,红外图像非均匀性校正算法得到了越来越多的重视,此情况下,影响红外图像非均匀性的诸多因素是一个不得不研究的课题.本文从红外焦平面探测器所处的整个系统出发,通过理论论证和实验数据得出了驱动电路所处内部环境温度影响红外图像非均匀性这一结论,为基于环境温度补偿的红外图像非均匀性校正算法的研究475212期隋修宝,等:环境温度对红外图像非均匀性影响的研究提供了依据.参考文献[1] L I Qing,L IU Shang2qian,LAI Rui,et al.A scene2basednonuniformity correction algorit hm of IRFPA[J].A cta Photonica S i nica,2006,35(5):7202723.李庆,刘上乾,赖睿,等.一种基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正算法[J].光子学报,2006,35(5):7202723.[2] ZHAN G Tian2xu,SHI Yan,CAO Zhi2guo.Study on t heproperty of spatial frequency of nonuniformity noise in IRFPA and t he improvementof spatial adaptive nonuniformity correction technique[J].J I nf rared Milli m W aves,2005,24(4):2552260.张天序,石岩,曹治国.红外焦平面非均匀性噪音的空间频率特性及空间自适应非均匀性校正方法改进[J].红外与毫米波学报,2005,24(4):2552260.[3] L I Huai2qiong,CH EN Qian,GAO Wen2kun.Dynamic detectionand compensation algorit hm of defective pixels for IRFPA[J].I nf rared and L aser Engineering,2006,35(2):1922196.李怀琼,陈钱,高文昆.红外焦平面阵列失效元动态检测与校正算法[J].红外与激光工程,2006,35(2):1922196.[4] XU Y ou2qing,YU Sheng2sheng,ZHOU Jing2li,et al.Detectionand compensation of bad pixel for CMOS image sensor[C].S PI E,2000,4077:2082212.[5] ZHOU Jin2mei,Xing Ting2wen,Lin Wu2mei.Precision analysisof nonuniformity correction of IRFPA[J].A cta Photonica S i nica,2005,34(11):168121684.周金梅,邢廷文,林妩媚.红外焦平面阵列非均匀性校正的准确度分析[J].光子学报,2005,34(11):168121684.[6] L I Qing,L IU Shang2qian,WAN G Bing2jian,et al.Wienerbased nonuniformity correction algorit hm for IRFPA[J].A ct a Photonica S inica,2006,35(12):190821911.李庆,刘上乾,王炳健,等.基于维纳滤波的红外焦平面阵列非均匀性校正算法[J].光子学报,2006,35(11):190821911. [7] DAN G Li2ping,L IU J un2hua,TAN G Shu2guang.Analysis oft he nonuniformity effect and soft correction algorit hm for four2 quadrant detector[J].A cta Photonica S inica,2006,35(4): 5402544.党丽萍,刘君华,唐树刚.象限探测器非均匀性的影响分析及软校正算法[J].光子学报,2006,35(4):5402544.[8] WAN G Bing2jian,L IU Shang2qian,L AI Rui,et al.Adaptivenonuniformity correction algorit hm for IRFPA based on neural network[J].J I nf rared Milli m.W aves,2006,25(6):4052 407.王炳健,刘上乾,赖睿,等.基于神经网络的红外焦平面非均匀性自适应校正算法[J].红外与毫米波学报,2006,25(6):4052 407.[9] SU I Xiu2bao,CH EN Qian.The noise suppression technique forcritical bias voltage of320×240IR focal plane detector[J].L aser&I nf rared,2007,37(2):1302133.隋修宝,陈钱.320×240红外焦平面探测器关键偏压噪音抑制技术[J].激光与红外,2007,37(2):1302133.Influence of Environment T emperature on IR Image NonuniformitySU I Xiu2bao,CH EN Qian,GU Guo2hua(S chool of Elect ronic Engineering and O ptoelect ronic Technology,N US T,N anj ing210094,China)Received date:2007207223Abstract:The influence of critical bias voltage on FPA detector outp ut was analyzed quantificationally.In t he system t he critical bias voltages FID and V EBASA GE were necessary to t he320×240staring uncooled FPA detector p roduced by SO FRADIR CO.L TD.By testing t he environment temperat ure around FPA drive board inside t he system,t he vibration at some temperat ure was found.The conclusion t hat t he slow temperat ure excursion of t he environment temperat ure at210～40℃round FPA drive board inside t he system and vibratory resulted in t he variety of several milli2volt s of critical bias voltage were p ut forward. The result s show t hat t he variety of environment temperat ure inside t he system affect s t he stability and also changes t he nonuniformity of FPA detector outp ut.This will be t he basis of nonuniformity correction based on environment temperat ure compensation.K ey w ords:Optics;Inf rared image;IR FPA;Variety of environment temperat ure;NonuniformitySUI Xiu2bao was born in1981.Now he is working towards his Ph.D.degree in optical engineering at Nanjing U niversity of Science&Technology.His research interest s focus on in t he driver of IRFPA and t he t heory research of IR detector.5752。
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究摘要：红外焦平面阵列普遍存在非均匀性，会严重影响红外成像质量。
对非均匀性的主要来源和表现形式进行了探讨，介绍了在工程应用中常用的校正方法，两点温度校正法、时域高通滤波法和人工神经网络法，给出详细的推导，并对几种校正算法进行了分析和研究，对这几种校正算法的优点和缺点进行讨论和综合对比，为进一步开展红外焦平面非均匀性校正提供参考意见。
关键词：红外焦平面阵列非均匀性校正算法对比Study of Non-uniformity Correction Algorithms for IRFPAAbstract:There usually exist a non-uniformity problem for infrared focal plane arrays.This problem may has a severe influence on the imaging quality of them.The non-uniformity of the major sources and manifestations are discussed.Two temperature correction method,constant statistical average,temporal high-pass filtering and artificial neural network which usually applied in engineering are introduced. Three correction algorithms are analysed and researched, giving a detailed derivation,and advantages and disadvantages of the four correction algorithms are discussed and comprehensively compared. providing a reference suggestions for the further development of non-uniformity correction algorithms for IRFPA.Key Words:IRFPA;Non-uniformity;Correction Algorithms;Comparison 近几十年来，无论在军事上还是在商业领域，红外成像技术获得了突飞猛进的发展，其中红外焦平面探测器的应用是一个关键因素。
红外图像校正算法研究
红外图像校正算法研究摘要：随着红外技术的广泛应用，红外图像的质量问题成为限制其进一步发展的关键因素之一。
本文旨在研究红外图像校正算法，以提高红外图像的质量和可视化效果。
首先，本文介绍了红外图像的特点和质量问题。
然后，针对红外图像的不同问题，提出了几种常用的校正算法，并进行了详细的分析和比较。
最后，通过对实际红外图像的校正实验，验证了所提出算法的有效性和优势。
关键词：红外图像；校正算法；质量问题；可视化效果1. 引言红外图像是利用红外辐射进行成像的一种图像，具有很多独特的特点，如无色彩、高对比度、低分辨率等。
然而，由于红外辐射的特殊性质，红外图像也存在一些质量问题，如低对比度、背景噪声、伪像等，这些问题限制了红外图像在军事、安防、医学等领域的应用。
2. 红外图像校正算法2.1 对比度增强算法对比度增强是提高红外图像质量的常见方法之一，它通过调整图像的灰度级来增强图像的对比度。
常用的对比度增强算法有直方图均衡化、拉伸变换等。
2.2 噪声滤波算法红外图像中的背景噪声是影响图像质量的主要因素之一。
噪声滤波算法可以通过降低图像中的噪声水平来改善图像的质量。
常用的噪声滤波算法有中值滤波、高斯滤波等。
2.3 伪像去除算法伪像是红外图像中常见的问题之一，它会干扰目标的识别和分析。
伪像去除算法可以通过检测和过滤伪像来提高图像的质量。
常用的伪像去除算法有小波变换、形态学操作等。
3. 实验与结果本文选取了一组红外图像进行实验，分别使用了对比度增强算法、噪声滤波算法和伪像去除算法进行校正。
实验结果表明，这些算法可以有效地改善红外图像的质量和可视化效果。
其中，对比度增强算法可以提高图像的对比度，使目标更加清晰可见；噪声滤波算法可以降低图像中的噪声水平，提高图像的清晰度；伪像去除算法可以过滤掉伪像，减少干扰。
4. 结论本文研究了红外图像校正算法，通过对比度增强、噪声滤波和伪像去除等方法，对红外图像的质量问题进行了改善。
实验结果表明，这些校正算法可以有效地提高红外图像的质量和可视化效果，为红外技术的应用提供了有力支持。
红外图像非均匀形校正
兴芯 * 保密资料
死点的直方图标定方法
G1 G2
9
兴芯 * 保密资料
死点的相邻点替换算法
10
兴芯 * 保密资料
MATLAB 仿真
读取raw 格式数据
两点校正
标定死点
两点校正 （死点外）
死点替换
保存数据
直方图均衡
11
兴芯 * 保密资料
MATLAB 仿真
(a)
(b)
(d) MATLAB仿真校正结果 (a) 原图 (b) 初始两点校正后的图 (c) 死点标定图 (d) 剔除死点后两点校正的图 (e) 死点替换后的两点校正图
• 不活跃的像元点的热敏感特性较差，敏感范围窄。在探测 一定温度范围内的目标时，其表现与正常像元的表现相差 不大；但在温度范围以外，其表现可呈现出死点的特征。
• 死点数量的多少和工艺的控制情况有关。死点的分布没有 固定的规律，它们大体上有均匀分布的，有单个或者几个 并在一起的，有成线性的，也有成簇的。
两点校正 （Two Points Correction）
5
兴芯 * 保密资料
等效温度面源法两点校正
6
兴芯 * 保密资料
单点校正 （Single Point Correction）
7
兴芯 * 保密资料
死点校正 （Dead Pixel Correction）
• 工艺问题造成一些像元失效（失效的像元是死点），或者 是形成一些不活跃的像元点。
兴芯 * 保密资料
(c) (e)
12
总结Байду номын сангаас
16
兴芯 * 保密资料
17
兴芯 * 保密资料
• 假设目标温度处在一定范围内且每个像元点的特性为线性 的，对每个像元点的输出进行补偿，人为地使所有像元点 的最后输出在相同输入下达到一致，称为非均匀性校正。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
红外图像非均匀性校正及增强算法研究
受限于制造工艺的约束,红外焦平面中各探测像元的光电响应率不一致,即存在非均匀性问题,导致图像中出现固定样式噪声,且具有缓慢的时间漂移性。
并且,红外探测器的光电响应动态范围较大,而单幅图像场景的温度范围通常在红外探测器总体动态范围中占比小,导致原始红外图像对比度低、物体边界模糊。
因此,非均匀性校正和图像增强是必不可少的红外图像预处理步骤。
本文将围绕基于场景的非均匀性校正和红外图像增强技术展开研究,论文的主要研究内容如下:1.凝视型红外探测器中,传统的基于神经网络的非均匀性校正方法通常假设固定样式噪声满足独立同分布,但在低成本非制冷探测器中,非均匀性的条纹噪声强,噪声分布特性不满足假设,导致现有方法难以兼顾边缘保护与条纹噪声抑制。
针对该问题,本文提出了基于自适应稀疏表示以及局部全局联合约束学习率的非均匀性校正方法,引入稀疏表示理论,利用干净的红外图像集训练出的过完备字典中的原子可稀疏地表示图像场景信息的特性,在自适应的误差容限内重建图像,从而保护图像边缘、将噪声成分当作冗余去除。
实验结果表明,在均方根误差指标上,本方法相比传统方法降低了1.1652至1.9107不等、降低了约17.92%至26.37%,能够在保护图像边缘的同时有效去除包括条纹噪声在内的固定样式噪声。
2.扫描型红外探测器中,若直接采用凝视型探测器的非均匀性校正方法,则仍需数百帧图像计算校正系数,算法收敛慢。
传统的扫描型探测器校正方法利用扫描成像的特性逐列(假设沿行扫描)更新校正系数,在单帧图像内完成校正。
然而,单帧图像内场景辐射多样性通常有限,导致传统方法易陷入局部最优
解。
对于可拍摄连续图像序列、不要求单帧完成校正的实时成像应用,本文提出了基于图像配准的扫描型红外探测器的非均匀性校正方法,利用帧间运动信息来提高校正精度,并结合扫描成像特性加快算法收敛。
实验结果表明,本方法仅需十几对配准图像对便能收敛,收敛速度快;在粗糙度指标上,本方法相比传统方法降低了0.0072至0.0306不等、降低了约8.15%至27.39%,减少了因单帧图像辐射多样性不足导致的校正误差,有效提高了校正精度。
3.在红外图像增中,基于概率直方图的方法应用广泛。
然而,在安全监控、军事侦查等领域中,目标距离远、在图像中所占像素数少,其灰度级的出现概率低,而背景灰度级出现概率高,导致易出现背景过增强、目标欠增强。
针对该问题,本文提出了基于显著度权重的全局映射红外图像增强方法,利用目标的显著度高、背景的显著度低的特性,计算出一种新的灰度级显著度权重。
在该显著度权重中,目标灰度级的权值大于背景灰度级的权值,从而能够重点增强目标与背景之间的对比度。
实验结果表明,在模糊线性指数上,本方法相比传统方法降低了0.0404至0.1740不等、降低了约15.33%至40.48%,当目标在图像中所占像素数少时能有效抑制背景过增强、目标欠增强问题。