[發(fā)明專利]一種基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310083153.2
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN103164846A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 趙明;安博文;吳泳澎;孫勝利;林長青
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 徐茂泰

技術領域

本發(fā)明涉及一種紅外成像系統(tǒng)圖像處理技術，尤其涉及一種基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法。

背景技術

由于工藝、材料以及器件工作環(huán)境等因素的限制，相同輻照度下紅外探測器像元響應不完全一致，造成紅外圖像存在非均勻性的問題。其中，紅外掃描線列和非制冷凝視型焦平面的讀出電路考慮到工藝和成本的因素通常采用列輸出的方式，表現(xiàn)出的圖像噪聲主要是列向條紋狀為主的非均勻性干擾。

通常在一定的光照范圍內(nèi)，紅外探測器在列向條紋非均勻性干擾下像元響應近似為線性模型：

，

其中是（）的真實像素值；是該點觀測到的非均勻性像素值，和分別表示第列像元的增益和偏置系數(shù)；表示隨機噪聲。

非均勻性校正可視為將觀測值按照線性模型映射到估計值的過程，非均勻性校正方法主要有基于定標源和基于場景自適應校正兩大類。前者是目前常用的校正方法，在校正前需要特定的定標輻射源；后者不需要使用定標源即可完成，成為該領域的研究重點。目前基于場景的自適應校正方法主要包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡和恒定統(tǒng)計評價法等，其缺點是算法收斂性受迭代步長和初始值的影響，算法計算量相對較大。針對紅外條紋非均勻性校正方法多利用到圖像序列之間的相關性，比如任建樂等人在《基于配準的紅外焦平面陣列條紋非均勻性校正》一文中提出基于配準的校正方式，在同一紅外探測器相鄰兩幀相同場景亮度恒定不變的假設下，得到校正參數(shù)，算法在精確配準的圖像序列之間能夠有效去除條紋非均勻性，但是算法對于配準的精度有較高要求。

?因此，如何通過紅外單幅圖像更好地抑制條紋非均勻性仍然是一個值得深入的研究領域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法，針對紅外列向條紋非均勻性，利用轉(zhuǎn)向核領域來表征像素點所在區(qū)域的邊緣程度，將轉(zhuǎn)向核估計的結(jié)果作為期望圖像，將期望圖像列向量和當前圖像列向量之間采用最小二乘擬合，通過迭代求解各列的非均勻性校正參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)紅外圖像列向條紋非均勻性校正，去除條紋非均勻性的同時能夠保留圖像邊緣。

本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：

一種基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1，讀取一幅待校正的尺寸為的紅外圖像；計算每個像素點水平方向和垂直方向的一階梯度、和二階梯度；根據(jù)一階梯度確定各像素點的轉(zhuǎn)向核橢圓鄰域和轉(zhuǎn)向核權(quán)值；由轉(zhuǎn)向核權(quán)值估計各像素點的期望值；其中是迭代次數(shù)，初始值為1，，；

步驟2，擬合非均勻性校正參數(shù)，將每列像素的當前估計結(jié)果與待校正圖像的對應列像素進行一階線性擬合，得到每列的增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)；

步驟3，根據(jù)每列的增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)校正圖像，并計算校正后的圖像與轉(zhuǎn)向核估計圖像之間的誤差函數(shù)，當誤差函數(shù)時，迭代結(jié)束，為預先設定的閾值；否則重復步驟1，并更新迭代次數(shù)。

上述的基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法，其中所述步驟1還包含以下步驟：

步驟1.1，由各像素點水平方向和垂直方向的一階梯度、形成局部梯度矩陣；

步驟1.2，對局部梯度矩陣進行奇異值分解，分解值用三個特定矩陣表示為?，其中是正交矩陣，正交矩陣形式用表示，和為正交矩陣參數(shù)；是奇異值對角矩陣，對角矩陣形式用表示，和為奇異值對角矩陣參數(shù)；是酉矩陣；

步驟1.3，確定轉(zhuǎn)向核橢圓鄰域的主方向、伸長因子和尺度因子：

，?，?，

其中和是抑制噪聲的正則化因子，是鄰域窗口內(nèi)的像素總數(shù)；

步驟1.4，由轉(zhuǎn)向核橢圓鄰域的尺度因子、伸長因子和橢圓鄰域主方向共同計算轉(zhuǎn)向核矩陣，轉(zhuǎn)向核權(quán)值，，其中是平滑因子，表示求矩陣的行列式，代表的橢圓鄰域；

步驟1.5，根據(jù)轉(zhuǎn)向核權(quán)值來估計各像素期望值的過程采用向量的形式表示為：

其中，，，為各像素點的期望值，其中是迭代次數(shù)，初始值為1，，，，表示將矩陣元素變換為列向量，和分別是圖像高度和寬度。

上述的基于轉(zhuǎn)向核估計的紅外條紋非均勻性校正方法，其中所述步驟2中擬合列向條紋非均勻性校正參數(shù)，是將非均勻性校正公式作為目標函數(shù)，將當前期望圖像第列向量?和圖像對應列向量采用最小二乘法進行一階線性擬合，每列增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)擬合公式為：，其中為?第行第列的像素校正后的值。

本發(fā)明具有以下積極效果：