[發(fā)明專利]一種紅外焦平面非均勻性校正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810315002.8
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108519161B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳忻;趙云峰;饒鵬;夏暉;韓冰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 31311 上海滬慧律師事務(wù)所
• 代理人: 李秀蘭<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種紅外焦平面非均勻性校正方法。該方法將紅外相機(jī)以一定速度分別沿著紅外焦平面的行方向和列方向掃描，并采集圖像數(shù)據(jù)。將行方向掃描的多幀圖像，以像元為單位構(gòu)建數(shù)據(jù)向量集，計算各像元向量集的各階統(tǒng)計參數(shù)，并根據(jù)同一行像元掃描成像場景的一致性，精確計算同一行像元非均勻性校正參數(shù)的相關(guān)性。同樣根據(jù)列掃描方向的多幀圖像，可得同列像元非均勻性校正參數(shù)的相關(guān)性。聯(lián)立各像元的非均勻性校正參數(shù)的行間相關(guān)性和列間相關(guān)性方程，計算得紅外焦平面的非均勻性校正參數(shù)。本發(fā)明可在無需參考源的情況下，快速精確地完成紅外焦平面的非均勻性校正。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及到紅外成像系統(tǒng)信號處理技術(shù)，具體指一種應(yīng)用于面陣型紅外焦平面探測器的非均勻性校正方法，它應(yīng)用于紅外成像儀器，特別適合于本身具備掃描或指向機(jī)構(gòu)的紅外成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

紅外遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事偵查、氣象觀測、預(yù)警監(jiān)視、測繪以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。由于器件材料不均勻(晶體缺陷、雜質(zhì)濃度的不均勻性等)、掩膜誤差、缺陷、工藝條件等影響，以及器件與讀出電路耦合的非均勻性和采集通道間的非均勻性等，紅外焦平面器件存在不可避免的空間非均勻性^[1]。紅外焦平面器件的非均勻性嚴(yán)重影響紅外成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，限制系統(tǒng)的探測靈敏度。實際應(yīng)用中，需要對紅外探測器輸出圖像進(jìn)行非均勻性校正。

目前，非均勻性校正算法分為兩類：一類是基于黑體標(biāo)定的非均勻性校正方法，另一類是基于場景的非均勻性校正方法。基于黑體定標(biāo)的非均勻性校正方法主要包括兩點(diǎn)校正法、多點(diǎn)校正法和曲線擬合校正法等^[2]。這類方法需首先采集各溫度點(diǎn)的均勻黑體輻射圖像，根據(jù)定標(biāo)數(shù)據(jù)計算校正參數(shù)。但由于紅外焦平面的非均勻性隨工作狀態(tài)(偏置電壓、工作溫度等)變化而變化，校正精度會隨時間漂移，因此實際應(yīng)用中需多次反復(fù)標(biāo)定，步驟繁瑣，且需要黑體的配合，對于天基遙感儀器增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。基于場景的非均勻性校正方法主要包括基于統(tǒng)計模型的校正方法、基于圖像配準(zhǔn)的自適應(yīng)校正方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的校正方法等^[3][4]。這類校正算法無需參考源，但依賴于成像場景存在運(yùn)動或變化、符合特定統(tǒng)計特性等假設(shè)，可能出現(xiàn)鬼影等現(xiàn)象，且部分算法復(fù)雜度高，難以實時運(yùn)算。

[1]陳錢.紅外圖像處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].紅外技術(shù),2013,35(6):311-318.

[2]陳銳,談新權(quán).紅外圖像非均勻性校正方法綜述[J].紅外技術(shù),2002,24(1):1-3.

[3]張紅輝,羅海波,余新榮,等.改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)紅外圖像非均勻性校正方法[J].紅外技術(shù),2013,35(4):232-237.

[4]樊凡.基于場景的紅外非均勻性校正算法研究[D].華中科技大學(xué),2015.

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種紅外焦平面非均勻性校正方法，在無需參考源的情況下，快速精確完成紅外焦平面探測器的非均勻性校正，實現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)的相對輻射定標(biāo)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。

本發(fā)明一種紅外焦平面非均勻性校正方法包括以下步驟:

(1)紅外相機(jī)以一定速度分別沿著紅外焦平面的行方向和列方向掃描成像并采集數(shù)據(jù)。掃描成像可以通過二維轉(zhuǎn)臺或一維轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動實現(xiàn)，或者通過掃描鏡擺動實現(xiàn)，掃描速度可設(shè)置為任意值。

(2)取出沿行掃描的多幀紅外圖像的灰度數(shù)據(jù)，以像元為單位，構(gòu)成數(shù)據(jù)向量集，并進(jìn)行預(yù)處理。舉例說明：焦平面規(guī)模為M×N，其中M為行數(shù)，N為列數(shù)，共采集P幀數(shù)據(jù)，得到M×N個P維向量。數(shù)據(jù)預(yù)處理是指截取同行像元掃描場景重疊部分對應(yīng)的數(shù)據(jù)向量部分作為新的數(shù)據(jù)向量。