公开/公告号CN102589707A
专利类型发明专利
公开/公告日2012-07-18
原文格式PDF
申请/专利权人 华中光电技术研究所中国船舶重工集团公司第七一七研究所;
申请/专利号CN201210057116.X
申请日2012-02-29
分类号G01J5/00(20060101);
代理机构
代理人
地址 430070 湖北省武汉市洪山区雄楚大街981号
入库时间 2023-12-18 06:12:56
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-05-03
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01J5/00 授权公告日:20140205 终止日期:20160229 申请日:20120229
专利权的终止
2014-02-05
授权
授权
2012-11-14
实质审查的生效 IPC(主分类):G01J5/00 申请日:20120229
实质审查的生效
2012-07-18
公开
公开
技术领域
本发明属于数字信号处理技术领域,是一种数字图像复原方法, 具体涉及的是基于辐射源定标与残差对消相结合的非均匀性校正方 法,适合用于对红外焦平面阵列(IRFPA)探测器非均匀性校正残差 的实时补偿。
背景技术
IRFPA探测器的引入使得现代红外成像系统能同时获得在空间 分辨率、温度分辨率和时间分辨率方面的优异性能。然而,受到材 料、制造工艺和工作环境等因素的影响,IRFPA各探测元在相同辐 照条件下通常会输出不同的响应,这种响应的不一致性被称作非均 匀性。由于非均匀性的存在会显著降低成像的信噪比和辨析率,因 此,在基于IRFPA的各种成像应用中,几乎都对IRFPA器件的非均 匀性提出了相应的要求,例如,红外成像制导系统一般要求IRFPA 器件的非均匀性在0.1%以内,而当今IRFPA器件的非均匀性大致水 平为:国外器件,InSb器件的非均匀性为3%左右,HgCdTe器件为 7%左右,而国产器件的非均匀性更大,比国外同类器件大一个数量 级以上。为了解决这对供需矛盾,最根本的途径是通过研究新材料 和制造工艺以提升器件响应的均匀性,然而新材料和工艺的研究周 期长、技术难度大,难以解决眼前面临的问题。鉴于此,部分该领 域的研究者近年来转而研究一类利用现代信号处理技术对IRFPA器 件非均匀性进行校正的后处理方法。实践证明,这类方法可使IRFPA 器件的非均匀性显著降低,而且对于非均匀性较大的器件更加明显, 确是一条投入小见效快的技术途径。
目前主流的非均匀性校正方法主要分为:基于参考辐射源的校 正方法以及基于场景的自适应校正方法两类。其中,前者通过对均 匀辐照下探测器各单元响应输出的测量,计算出各探测单元的校正 参数,而后利用上述校正参数对实际目标场景辐照进行校正,此类 方法运算复杂度低易于硬件实时实现。而后者则利用当前场景的辐 射数据自适应地估计校正参数,并用于后续输出的校正,此类方法 需进行大量的迭代运算和数据吞吐操作,适用于高精度的软件实现。 鉴于此,在实时性要求较高的应用中多采用基于参考辐射源的校正 方法。
通常,IRFPA探测器的响应规律可用线性数学模型予以描述。 大量的工程实践证实,线性数学模型中的偏置项较之增益项是引起 探测器响应非均匀性的更重要影响因素。而现有的参考辐射源定标 校正方法还未能很好地解决因偏置漂移引起的校正残差。因此,针 对如何有效地消除校正残差,寻求一种可靠的方法对IRFPA探测器 的非均匀响应输出进行实时的校正和残差补偿就显得尤为重要。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明的目的在于将加权的均匀背景校 正残差用于消除实时场景校正残差,提出了一种新颖的IRFPA探测 器非均匀性校正残差的实时补偿方法,以减小校正后的响应值与实 际场景辐照值之间的偏差,并提高IRFPA探测器的温度分辨率。
实现本发明目的的技术方案是:针对IRFPA探测器非均匀性响 应的校正输出对残差抑制的要求,引入加权的均匀背景校正残差以 补偿实际场景的校正误差,将辐射源定标校正与残差对消方法相结 合,具体步骤如下:
(1)利用IRFPA探测器采集黑体辐射源在响应动态范围内任一 温度点的辐射响应F(Φ0);
(2)将成像系统快门关闭,利用IRFPA探测器采集均匀背景辐 射的响应输出F(Φ1);
(3)以黑体辐射F(Φ0)为参考值对均匀背景辐射进行一点定标 校正,得到校正结果F′(Φ1);
(4)将成像系统快门打开,利用IRFPA探测器采集实际场景辐 射的响应输出F(Φ2);
(5)以均匀背景辐射响应输出F(Φ1)为参考值对实际场景辐射 进行一点定标校正,得到校正结果F′(Φ2);
(6)用F′(Φ2)减除加权后的F′(Φ1),以实现残余非均匀性的对 消并得到最终的校正残差补偿结果F″(Φ2);
(7)对IRFPA探测器采集的后续实际场景辐射响应F(Φn)重复 执行步骤(5)和步骤(6),得到校正残差补偿后的输出F″(Φn)。
上述步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)中,IRFPA探测器对辐 照值Φ的响应输出F(Φ),可用F(Φ)=G·Φ+O的线性响应模型予 以描述,式中G代表增益参数,O代表偏置参数,工程实践证明, 偏置参数的漂移是引起校正残差的主要因素。根据上述探测器响应 模型,上述步骤(3)和步骤(5)中基于参考源的一点定标校正过 程,可表示为F′(ΦS)=F(ΦS)-F(ΦC),式中F(ΦS)为探测器当前 的非均匀响应输出,F(ΦS)为当前非均匀响应输出,F(ΦC)为参考 源定标输出,F′(ΦS)为一点定标校正输出。
上述步骤(6)中的校正残差补偿过程可表示为:
式中,F″(Φ2)为对当前场景校正残差补偿后的输出,为均匀 背景辐射响应的均值,M为残差修正因子,C为对比度调节因子,B 为亮度调节因子。
本发明由于在校正残差补偿过程中将基于辐射源定标的校正方 法与残差对消方法相结合,从而有效地降低了校正后的响应估计值 与实际场景辐照值之间的偏差,使得IRFPA探测器的温度分辨率得 以提升。
附图说明
图1是本发明的实现框图;
图2是本发明方法与现有方法对室内场景响应校正输出的对比 图;
图3是本发明方法与现有方法对室外场景响应校正输出的对比 图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
参照图1,本实施例是红外焦平面阵列(IRFPA)探测器非均匀 性校正残差的实时补偿方法,包括以下步骤:
1)将黑体辐射源设置在探测器响应动态范围内的任一温度点, 利用IRFPA探测器采集该温度点的黑体辐射数据F(Φ0);
2)将成像系统快门关闭,利用IRFPA探测器采集均匀背景辐射 响应输出F(Φ1);
3)以黑体辐射F(Φ0)为参考值对均匀背景辐射进行一点定标校 正,得到校正结果
(1)
其中为校正后的残余非均匀性。
4)将成像系统快门打开,利用IRFPA探测器采集实际场景辐射 响应输出F(Φ2);
5)以均匀背景辐射响应输出F(Φ1)为参考值对实际场景辐射进 行一点定标校正,得到校正结果
(2)
其中为校正后的残余非均匀性。
6)用F′(Φ2)减除加权后的F′(Φ1),以实现校正残差和的 对消并得到最终的校正结果
(3)
其中残差修正因子M的合理选择可以保证残差项的消除。
本实施例提出的IRFPA探测器非均匀性校正残差补偿方法与现 有方法对室内和室外场景响应校正效果分别如图2和图3所示。从 图2和图3可以看出,经现有一点定标方法校正后的图像有明显的 校正残差(表现为叠加于实际场景之上的阴影所引起的阶跃型亮度 突变),而经本发明方法作补偿处理后的校正后图像,残差几近消失, 校正结果在均匀性方面要显著优于现有基于参考源的一点定标校正 方法。
本实施例提出的非均匀性校正残差方法与现有方法性能的量化 对比是采用粗糙度参数ρ来评估图像的非均匀性,其取值越小则表 明图像非均匀性越小,该参数的数学表达式为
式中f表示被度量的图像,h1表示水平差分模板[1,-1],h2=h1T表示 垂直差分模板,而||·||1则表示L1范数。对比测试实验结果如表1所示
表1本实施例的方法与现有方法对比测试结果的粗糙度参数(ρ)对比
由表1可见,经本实施例提出方法校正后的图像的粗糙度参数ρ 明显低于现有一点校正方法校正后的图像。
上述结果充分说明了,本发明方法可有效补偿IRFPA探测器非 均匀性响应的校正残差,使校正补偿后的输出值更加接近实际的响 应值。
综上,本发明所提出的基于辐射源定标与残差对消的非均匀性 校正方法可有效降低校正后的响应值与实际场景辐照值之间的偏 差,对提升IRFPA探测器的温度分辨率起到了重要作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征,以及本发明 的优点。本技术领域的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例 的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在 不脱离本发明的实质精神和范围的前提下,对发明的各种变化、变 型和改进,都应落入权利要求书要求保护的范围内。
机译: 用于运动补偿残差预测的系统和方法
机译: 用于运动补偿残差预测的系统和方法
机译: 用于运动补偿残差预测的系统和方法