一种红外焦平面非均匀性校正方法技术

本发明专利技术公开了一种红外焦平面非均匀性校正方法。该方法将红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描，并采集图像数据。将行方向扫描的多帧图像，以像元为单位构建数据向量集，计算各像元向量集的各阶统计参数，并根据同一行像元扫描成像场景的一致性，精确计算同一行像元非均匀性校正参数的相关性。同样根据列扫描方向的多帧图像，可得同列像元非均匀性校正参数的相关性。联立各像元的非均匀性校正参数的行间相关性和列间相关性方程，计算得红外焦平面的非均匀性校正参数。本发明专利技术可在无需参考源的情况下，快速精确地完成红外焦平面的非均匀性校正。

A nonuniformity correction method for IRFPA

The invention discloses a method for correcting infrared focal plane nonuniformity. The infrared camera is scanned along the row and column directions of the infrared focal plane at a certain speed, and the image data are collected. The multi-frame image is scanned in row direction, and the data vector set is constructed by pixels. The statistical parameters of each pixel vector set are calculated, and the correlation of pixel non-uniformity correction parameters in the same row is calculated accurately according to the consistency of imaging scene. Similarly, according to the multi-frame images in the column scanning direction, the correlation between the correction parameters of the same column pixel inhomogeneity can be obtained. The non-uniformity correction parameters of infrared focal plane (IRFPA) are calculated by simultaneous equations of row-to-column correlation and column-to-row correlation of the non-uniformity correction parameters of each pixel. The method can quickly and accurately correct the nonuniformity of infrared focal plane without reference source.

【技术实现步骤摘要】
一种红外焦平面非均匀性校正方法
：本专利技术涉及到红外成像系统信号处理技术，具体指一种应用于面阵型红外焦平面探测器的非均匀性校正方法，它应用于红外成像仪器，特别适合于本身具备扫描或指向机构的红外成像系统。
技术介绍
红外遥感技术广泛应用于军事侦查、气象观测、预警监视、测绘以及环境监测等领域。由于器件材料不均匀(晶体缺陷、杂质浓度的不均匀性等)、掩膜误差、缺陷、工艺条件等影响，以及器件与读出电路耦合的非均匀性和采集通道间的非均匀性等，红外焦平面器件存在不可避免的空间非均匀性[1]。红外焦平面器件的非均匀性严重影响红外成像系统的成像质量，限制系统的探测灵敏度。实际应用中，需要对红外探测器输出图像进行非均匀性校正。目前，非均匀性校正算法分为两类：一类是基于黑体标定的非均匀性校正方法，另一类是基于场景的非均匀性校正方法。基于黑体定标的非均匀性校正方法主要包括两点校正法、多点校正法和曲线拟合校正法等[2]。这类方法需首先采集各温度点的均匀黑体辐射图像，根据定标数据计算校正参数。但由于红外焦平面的非均匀性随工作状态(偏置电压、工作温度等)变化而变化，校正精度会随时间漂移，因此实际应用中需多次反复标定，步骤繁琐，且需要黑体的配合，对于天基遥感仪器增加了系统复杂度。基于场景的非均匀性校正方法主要包括基于统计模型的校正方法、基于图像配准的自适应校正方法和基于神经网络的校正方法等[3][4]。这类校正算法无需参考源，但依赖于成像场景存在运动或变化、符合特定统计特性等假设，可能出现鬼影等现象，且部分算法复杂度高，难以实时运算。[1]陈钱.红外图像处理技术现状及发展趋势[J].红外技术,2013,35(6):311-318.[2]陈锐,谈新权.红外图像非均匀性校正方法综述[J].红外技术,2002,24(1):1-3.[3]张红辉,罗海波,余新荣,等.改进的神经网络红外图像非均匀性校正方法[J].红外技术,2013,35(4):232-237.[4]樊凡.基于场景的红外非均匀性校正算法研究[D].华中科技大学,2015.
技术实现思路
：为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种红外焦平面非均匀性校正方法，在无需参考源的情况下，快速精确完成红外焦平面探测器的非均匀性校正，实现红外成像系统的相对辐射定标。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的。本专利技术一种红外焦平面非均匀性校正方法包括以下步骤:(1)红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描成像并采集数据。扫描成像可以通过二维转台或一维转台转动实现，或者通过扫描镜摆动实现，扫描速度可设置为任意值。(2)取出沿行扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理。举例说明：焦平面规模为M×N，其中M为行数，N为列数，共采集P帧数据，得到M×N个P维向量。数据预处理是指截取同行像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量。(3)计算步骤(2)中获得的各像元数据向量的均值m1(i,j)和标准差σ1(i,j)，其中i和j是像元所在的行数和列数；并根据校正后的同行像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同行像元的非均匀性校正参数的相关性方程：其中，k(i,j)和b(i,j)是像元(i,j)的非均匀性校正参数，第j0列是非均匀性校正的基准列。(4)取出沿列扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理。数据预处理是指截取同列像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量。(5)计算步骤(4)中获得的各数据向量的均值m2(i,j)和标准差σ2(i,j)，并根据校正后的同列像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同列像元的非均匀性校正参数的相关性方程：其中，第i0行是非均匀性校正的基准行。(6)联立各像元的非均匀性校正参数的行间相关性方程(1)和列间相关性方程(2)，计算得各像元的非均匀性校正参数k(i,j)和b(i,j)与基准像元(i0,j0)的非均匀性校正参数k(i0,j0)和b(i0,j0)的关系，设k(i0,j0)和b(i0,j0)分别为1和0，可计算得k(i,j)和b(i,j)。设任意像元(i,j)非均匀性校正前的灰度为x(i,j)，则该像元非均匀性校正后的灰度y(i,j)为y(i,j)＝k(i,j)x(i,j)+b(i,j)，即实现红外焦平面的非均匀性校正。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是1.无需参考源即可实现红外焦平面的快速实时非均匀性校正，降低非均匀性校正的检测成本，降低红外系统复杂度，便于天基红外系统在轨校正。2.通过多维数据向量统计特征获取非均匀性校正参数，相比其他基于场景的非均匀性校正方法更精确，无鬼影等问题，且计算复杂度低。3.对于本身具备扫描机构的红外系统，不额外增加装置复杂度。4.参考源仅需对基准像元进行辐射定标，即可实现红外焦平面的辐射定标。附图说明图1为本专利技术的实现流程图。图2是同行像元的数据向量的相关性示意图。图3为预处理前的红外图像。图4为使用黑体标定法预处理后的红外图像。图5为利用本专利技术进行预处理后的红外图像。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。其中涉及到若干参数，这些参数需要针对具体处理环境进行调节以达到良好的性能。利用320×256长波红外焦平面探测器组成验证系统，系统放置在二维转台上，非均匀性校正的流程如图1所示。验证系统先沿焦平面行方向扫描成像，采集1000帧数据，构成320×256个1000维向量，取重叠部分得320×256个681维向量，计算各向量的均值和标准差，并得到同行像元的非均匀性校正参数的相关性，如图2所示。然后将验证系统沿焦平面列方向扫描成像采集1000帧数据，构成320×256个1000维向量，取重叠部分得320×256个745维向量，计算各向量的均值和标准差，并得到同列像元的非均匀性校正参数的相关性。联立同行像元的相关性和同列像元的相关性，选取第1行第一列的像元为基准像元，可计算得到各像元的非均匀性校正参数。图3为预处理前的红外图像，图4为使用黑体标定法预处理后的红外图像，图5为利用本专利技术进行预处理后的红外图像。从图中可看出本专利技术的方法校正效果良好，场景细节清晰，且无鬼影现象。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外焦平面非均匀性校正方法，其特征在于方法步骤如下：(1)红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描成像并采集数据，扫描成像可以通过二维转台或一维转台转动实现，或者通过扫描镜摆动实现，扫描速度可设置为任意值；(2)取出沿行扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理；焦平面规模为M×N，其中M为行数，N为列数，共采集P帧数据，得到M×N个P维向量，数据预处理是指截取同行像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量；(3)计算步骤(2)中获得的各像元数据向量的均值m1(i,j)和标准差σ1(i,j)，其中i和j是像元所在的行数和列数；并根据校正后的同行像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同行像元的非均匀性校正参数的相关性方程：

【技术特征摘要】
1.一种红外焦平面非均匀性校正方法，其特征在于方法步骤如下：(1)红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描成像并采集数据，扫描成像可以通过二维转台或一维转台转动实现，或者通过扫描镜摆动实现，扫描速度可设置为任意值；(2)取出沿行扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理；焦平面规模为M×N，其中M为行数，N为列数，共采集P帧数据，得到M×N个P维向量，数据预处理是指截取同行像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量；(3)计算步骤(2)中获得的各像元数据向量的均值m1(i,j)和标准差σ1(i,j)，其中i和j是像元所在的行数和列数；并根据校正后的同行像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同行像元的非均匀性校正参数的相关性方程：其中，k(i,j)和b(i,j)是像元(i,j)的非均匀性校正参数，第j0列是非均匀性校正的基准列；(4)取出沿列扫描的多帧红外图像的灰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忻，赵云峰，饶鹏，夏晖，韩冰，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31