一种非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正方法

摘要

本发明涉及红外焦平面阵列非均匀性校正技术领域，且公开了一种非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正方法，采用多段折线逼近探测器响应曲线的方法对非制冷红外焦平面阵列的响应曲线进行拟合，计算出各区域的非均匀校正系数，通过单独构造各个区域校正系数的存储模型，根据像元和采集数据地址、并且结合目标的温度条件，获取对应的存储模型、并从中提取校正系数，实现对于温度不同的目标、使用对应区域的非均匀校正系数进行校正，整个提取过程需要经过识别确认，不仅提高了非制冷红外焦平面阵列上任一探测单元校正精度、而且保证了非制冷红外焦平面阵列上任一探测单元校正结果的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列非均匀性校正技术领域，具体为一种非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正方法。

背景技术

非制冷红外焦平面阵列的出现，是红外成像系统的一个划时代的进步，现已广泛应用于民用等各个领域。红外焦平面阵列是红外成像系统的重要组成器件，但其固有的非均匀性会影响图像质量。理想情况下，红外焦平面阵列受均匀辐射时，输出电平信号应完全一样。但实际上，由于材料本身、制造工艺等问题的影响，非制冷焦平面阵列的各个单元输出的电平信号并不相同，这就是所谓的红外焦平面阵列响应的非均匀性，也称为空间噪声、固定图像噪声。这种非均匀性导致系统的温度分辨率下降，使目标图像的质量受到严重影响。

解决这一问题通常有如下两种方法：一是降低器件的非均匀性，通过不断提高非制冷焦平面的研制水平，改进生产工艺等手段，但在现有的技术条件下，要想生产出具有理想均匀性的器件非常困难；二是非制冷焦平面阵列的非均匀性通过信号处理的方法进行校正，这一方法投入少，收效快，目前主要通过研制校正效果好的非均匀性校正算法来提高图像质量。

发明内容

在材料本身、制造工艺的影响作用下，非制冷焦平面阵列在受到均匀辐射时各个单元输出的电平信号并不相同，存在非均匀性问题，为了解决上述问题，本发明提供一种非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正方法。

一种非制冷红外焦平面阵列非均匀性校正方法，所述校正方法包括如下步骤：

步骤1，通过采集标准校正参考源在低温和高温情况下非制冷红外焦平面阵列上任一个像元的响应值，计算得到隶属于像元的校正系数；

步骤2，构造像元响应模型中像元基于响应条件的校正系数存储模型＝{隶属于像元的采集数据地址，校正系数，提取参数}；

所述响应条件为：在低温T

其中，i表示序列编号，i＝1,2,…,n；

步骤3，获取非制冷红外焦平面阵列上隶属于像元的采集数据地址、与在辐射通量Φ

根据采集数据地址和响应条件Φ

优选的，所述校正系数存储模型为存储模型SM

根据像元的校正响应增益系数G和校正响应偏置系数Of，计算其提取参数σ，具体的计算过程如下：

提取参数σ＝XH(ID||G||Of)；

其中，||表示字符串连接，H()表示进行哈希运算的过程；

X为像元基于响应条件的存储标记；

ID为像元的采集数据地址。

优选的，所述像元基于响应条件的校正系数存储模型的生成方法为：

根据像元基于响应条件i的校正响应增益系数G

输出像元基于响应条件i的存储模型SM

优选的，所述步骤3，提取存储模型中的校正系数的方法如下：

当Φ

计算像元基于响应条件i的第一识别系数M

M

计算像元基于响应条件i的第二识别系数M

M

其中，V

若存在像元基于响应条件i的第一识别系数M

与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：

本发明：利用标准校正参考源提供给非制冷红外焦平面阵列均匀入射辐射通量，测量每个探测单元输出响应，并按照线性假设条件采用多段折线逼近探测器响应曲线的方法对非制冷红外焦平面阵列的响应曲线进行拟合，计算出各区域的非均匀校正系数，通过单独构造各个区域校正系数的存储模型，根据像元和采集数据地址、并且结合目标的温度条件，获取对应的存储模型、并从中提取校正系数，实现对于温度不同的目标、使用对应区域的非均匀校正系数进行校正，整个提取过程需要经过识别确认，不仅提高了非制冷红外焦平面阵列上任一探测单元校正精度、而且保证了非制冷红外焦平面阵列上任一探测单元校正结果的准确性；

本发明算法原理相对简单，算法稳定性好，能实现目标测温功能，也易于硬件实现。

附图说明

图1为红外成像系统的结构框图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，红外成像系统包括非制冷焦平面阵列型红外探测器、模拟信号处理模块、数字图像处理模块、电源控制模块和监视器，其成像原理主要包括光电转换和电光转换两个步骤，光电转换主要是将入射辐射的红外光信号转换为电信号，该过程主要通过光学系统和红外探测器实现，其中，光学系统实现对目标物景的光学聚集，并对入射波选择性透射，使较大的视场中物体发射的红外光线聚集在面阵面积较小的红外探测器上，红外探测器实现入射红外光信号感应，并将光信号转变为模拟电压信号，电光转换过程是将红外探测器所获取的电信号进行放大、整形和模数转换，并对数字图像进行基本的图像处理，转换为标准视频图像信号并显示在监视器上；

数字图像处理模块包括盲元处理、图像增强和特征提取、以及非制冷焦平面阵列的非均匀性校正处理，其采用RS-422通信接口标准与运行有非均匀性校正算法的上位机进行数据交互，该非均匀性校正算法包括如下具体实施步骤：

步骤1，在光路中插入均匀辐射的标准校正参考源，依次采集标准校正参考源在低温和高温情况下非制冷红外焦平面阵列上任一个像元的响应值，具体实施步骤如下：

步骤1-1，设定在低温T

其中，i表示序列编号，i＝1,2,…,n；

例如，在低温T

在低温T

…

在低温T

其中，存在如下温度关系：T

步骤1-2，设定非制冷红外焦平面阵列上第i行第j列像元为pp

步骤1-3，构造非制冷红外焦平面阵列上像元的响应模型，该响应模型基于如下假设条件：非制冷红外焦平面阵列上任一个像元在一定积分时间内对暗电流和背景噪声的响应为固定值，非制冷红外焦平面阵列上任一个像元的响应值与辐射源辐射波长无关，仅与光强度相关，且与辐照强度呈线性关系；

基于上述假设条件的像元响应模型为：

Rv

式(1)中，Φ为均匀辐射源辐射通量；

Rv

G

Of

步骤1-4，获取非制冷红外焦平面阵列上第i行第j列像元pp

像元pp

像元pp

Rv

Rv

式(2-1)和(2-2)中，G

像元pp

像元pp

Rv

Rv

式(3-1)和(3-2)中，G

…

像元pp

像元pp

Rv

Rv

式(4-1)和(4-2)中，G

步骤1-5，输出隶属于非制冷红外焦平面阵列上第i行第j列像元pp

通过求解像元pp

G

Of

通过求解像元pp

G

Of

…

通过求解像元pp

G

Of

实施例2：

构造像元响应模型中校正响应增益系数G

步骤2-1，定义公开参数PPs＝{G

G

(1)对于任意a,b∈Z

(2)存在u∈G

(3)对于所有的u∈G

H表示安全哈希函数：{0，1}*→G

步骤2-2，首先设定像元pp

像元pp

像元pp

…

像元pp

步骤2-3，根据像元pp

根据像元pp

提取参数σ

其中，||表示字符串连接，H()表示进行哈希运算的过程；

根据像元pp

输出像元pp

根据像元pp

输出像元pp

…

根据像元pp

输出像元pp

实施例3：

采用存储模型SM

获取非制冷红外焦平面阵列上第i行第j列像元pp

根据像元pp

步骤3-1，当Φ

计算像元pp

M

计算像元pp

M

若存在像元pp

其中，第一识别系数M

M

＝e(X

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝M

步骤3-2，当Φ

计算像元pp

M

计算像元pp

M

若存在像元pp

其中，第一识别系数M

M

＝e(X

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝M

…

步骤3，当Φ

计算像元pp

M

计算像元pp

M

若存在像元pp

其中，第一识别系数M

M

＝e(X

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝e(H(ID

＝M