CN106124060A

CN106124060A - 基于变积分时间的实时红外线成像方法及装置

Info

Publication number: CN106124060A
Application number: CN201610634886.4A
Authority: CN
Inventors: 沈社青
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2016-11-16

Abstract

本发明涉及一种基于变积分时间的实时红外线成像方法及装置，方法包括：读取探测器长、短积分时间下均匀背景图像数据，计算背景图像差值；在多个不同焦平面温度下，读取探测器的长积分时间下的黑体图像数据，将长积分时间下的黑体图像数据，减去短积分时间下的均匀背景图像数据，再减去背景图像差值，得到黑体图像差值，拟合出图像灰度增益并存储；计算图像灰度偏移；读取探测器长积分时间下的目标图像；将长积分时间下的目标图像数据，减去短积分时间下的均匀背景图像数据，再减去均匀背景图像差值，得到目标图像差值；将目标图像差值与图像灰度增益之积，加上图像灰度偏移，得到校正后的目标图像灰度。装置包括实现上述方法的相应模块。

Description

基于变积分时间的实时红外线成像方法及装置

技术领域

本发明涉及一种变积分时间的实时红外线成像方法及装置。

背景技术

现有技术中的目标图像的获取时需要在多种积分时间下在不同积分之间进行重复运算得到背景图像，计算量很大，得到目标图像灰度的效率会比较低。因此需要一种计算量更小的方法。

发明内容

本发明提供一种基于变积分时间的实时红外线成像方法及装置，可以消除偏置电压不稳定带来的图像漂移，同时通过焦平面温度不同校正背景图像和增益的方法，实时性很强，操作比较灵活。

本发明提供一种基于变积分时间的实时红外线成像方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a：读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

步骤b：根据上述长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据计算背景图像差值；

步骤c：在多个不同焦平面温度下，读取探测器的长积分时间下的黑体图像数据；

步骤d：将长积分时间下的黑体图像数据，减去短积分时间下的均匀背景图像数据，再减去背景图像差值，得到黑体图像差值，拟合出图像灰度增益；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤f：根据所述背景图像差值与所述图像灰度增益计算得出图像灰度偏移；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

步骤h：将长积分时间下的目标图像数据，减去短积分时间下的均匀背景图像数据，再减去均匀背景图像差值，得到目标图像差值；

步骤i：将目标图像差值与图像灰度增益之积，加上图像灰度偏移，得到校正后的目标图像灰度。

所述黑体是指一种能够被控制温度的均匀红外辐射面设备。

红外焦平面的不均匀性，基本来源于两个方面：一、焦点平面温度的变化引起的非线性响应，不同像点具有不同的响应值；二、探测器偏置电压随温湿度变化，引起的图像响应值漂移，致使图像不均匀。

本发明采用控制长、短积分时间对同一目标或背景取样，并取其差值，抵消了由于偏置电压变化带来的图像响应漂移部分，相当于抑制了共模噪声，得到的是有用的差模信号，提高了系统抗温飘干扰能力。

获取相邻或相近的不同积分时间的两帧图像差，更好抑制了由于采样间隔过长环境温度或焦平面温度不同而导致的图像漂移，提高去共模噪声的效果。

用长积分时间下的目标图像响应减去短积分时间下的背景响应得到目标图像的差值，再减去背景图像差值，从而抵消了共模噪声成分，同时消除了非均匀性，得到一幅均匀目标图像。

作为优选，将多个不同焦平面温度下的各组短积分时间下的均匀背景图像数据及图像灰度偏移或者背景图像差值存储在非易失性存储器中，根据实时焦平面温度调用相应数据，参与步骤h的计算。

这一些列组数据，被预先存储起来，然后实际使用的时候，根据焦平面温度，实时调用，这样就可以减少运算量，同时也就不需要挡片了。

因为图像灰度偏移或者背景图像差值可以通过”灰度增益“相互计算转换，因此图像灰度偏移和背景图像差值存储其一即可，当然也可都存储。

现有具有挡片的探测器获取背景图像具有一定的卡顿，上述的方法还可以避免该情形，提供实时性。

作为优选，当探测器具有挡片时，所述探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据可以是在相机出厂前进行获取，也可以是相机出厂后根据焦平面温度或定时获取；当探测器不具有挡片时，所述探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据在读取目标图像前进行获取并存储。

作为优选，步骤a中，探测器在长积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取长积分时间下均匀背景图像数据，其中N>=1；探测器在短积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取短积分时间下均匀背景图像数据；其中N>=1。

作为优选，步骤f具体计算方式为：根据所有所述背景图像差值之和的平均值，减去所述背景图像差值与图像灰度增益之积，得到图像灰度偏移。

本发明还提供一种基于变积分时间的实时红外线成像装置，所述装置包括：

获取背景数据模块：用于读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

计算背景图像差值模块：用于根据上述长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据计算背景图像差值；

读取实时图像模块：用于读取探测器长积分时间下的黑体图像或者目标图像；

计算黑体图像或者目标图像差值模块：根据所述黑体图像或者目标图像、短积分时间下的均匀背景图像数据及背景图像差值计算目标图像差值；

拟合图像灰度增益模块：用于获取不同焦平面温度下的多个不同温度的黑体图像，拟合出图像灰度增益；

计算得出图像灰度偏移模块：用于根据所述背景图像差值与所述图像灰度增益计算得出图像灰度偏移；

计算目标图像灰度模块：用于根据所述图像目标差值与图像灰度增益之积，加上图像灰度偏移，得到目标图像灰度。

作为优选，还包括第一存储模块，用于将长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据存储在非易失性存储器中；

第二存储模块，用于将所述背景图像差值或者图像灰度偏移存储在非易失性存储器中；

预存数据读取模块，用于从非易失性存储器中读取预存的短积分时间下的均匀背景图像数据及背景图像差值或者图像灰度偏移。

作为优选，所述获取背景数据模块具体包括：第一获取单元：用于根据焦平面温度获取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

第二获取单元：用于根据预设预定周期实时获取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据。

作为优选，所述获取背景数据模块具体包括：

第一计算获取单元，用于探测器在长积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取长积分时间下均匀背景图像数据，其中N>=1；

第二计算获取单元：探测器在短积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取短积分时间下均匀背景图像数据；其中N>=1。

作为优选，计算目标图像灰度模块具体为：用于根据所有所述背景图像差值之和的平均值，减去所述背景图像差值与图像灰度增益之积，得到图像灰度偏移。

本发明通过设置红外焦平面探测器在不同积分时间下响应，获取图像响应差值，有效消除探测器偏置不稳定带来图像漂移问题。同时在不同焦平面温度下，获取不同的背景响应差值及偏移，结合多点校正算法，解决图像非均匀性问题。该方法对探测器偏置电压不敏感，计算量小，实时性高，便于集成，适合有挡片方案和无挡片方案。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

第一实施例

本实施例提供一种探测器具有挡片时基于变积分时间的实时红外线成像方法，本实施例中的方法包括以下步骤：

步骤a：实时读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

详细地，将长积分时间下均匀背景图像数据，减去短积分时间下的均匀背景图像数据，得到背景图像差值；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

第二实施例

本实施例提供另一种探测器具有挡片时基于变积分时间的实时红外线成像方法，具体地，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤a：在读取目标图像前，定时或者当焦平面温度变化大于设定值（如1摄氏度）后，设置长、短积分时间，读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

本实施例在实施例1的基础上，避免频繁的启动步骤a，影响效率，有利于提高图像的实时性。

第三实施例

步骤a：在相机出厂前，读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据，并将其存储在非易失性存储器中；

步骤b：根据上述长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据计算背景图像差值，并将其存储在非易失性存储器中；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

由于本实施例中预先将探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据进行了存储，因此在实际运用中获取目标图像后不需要再一次获取背景图像。

第四实施例

步骤a：在读取目标图像前，定时或者当焦平面温度变化大于设定值（如1摄氏度）后，设置长、短积分时间，读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据，并将其存储在非易失性存储器中；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

本实施例中预先将探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据进行了存储，因此在实际运用中获取目标图像后不需要再一次获取背景图像。

第五实施例

本实施例提供一种探测器不具有挡片时基于变积分时间的实时红外线成像方法，具体地，本实施例的方法包括以下步骤：

步骤a：读取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据，并将其存储在非易失性存储器中；

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

上述实施例1-5中可采用以下方法获取背景数据：

探测器在长积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取长积分时间下均匀背景图像数据，其中N>=1；

探测器在短积分时间下分别读取N帧子背景图像数据，计算N帧子背景图像数据的平均值获取短积分时间下均匀背景图像数据；其中N>=1。

上述方法可以使获取的背景图像更加均匀。

详细地，下面我们在一个实例中描述获取目标图像的过程，首先进行以下参数定义：

令TotalPixelNum --图像有效像素数量

令Dbg_IntH[] --长积分时间下的背景图像数据

令Dbg_IntL[] --短积分时间下的背景图像数据

令Dbg_delta[] --背景图像差值数据, 平均次数N>=1

令Avg --背景图像差值所有像素灰度之和的平均值

令Dtar_IntH[] --长积分时间下的目标图像数据

令Dtar_delta[] --长积分时间下目标图像Dtar_IntH与短积分时间下背景图像Dbg_IntL的差值

令Offset[] --图像灰度偏移数据

令Gain[] --图像灰度增益数据

令Dtar [] --校正后的目标图像灰度数据

在探测器长积分时间和段积分时间，分别读取N(N>=1)帧背景图像数据，求其平均后的图像Dbg_IntH[]和Dbg_IntL[]，

求两幅平均后背景图像的差值Dbg_delta[]=Dbg_IntH[]-Dbg_IntL[]。

对背景平均图像差值Dbg_delta[]的像素点求平均，得到Avg.

具体地，可以用以下代码进行计算：

for(j=0;j< TotalPixelNum;j++)

{

Dbg_delta[j]=Dbg_IntH[j]-Dbg_IntL[j]

}

Avg_temp=0; //临时变量

for(j=0;j< TotalPixelNum;j++)

{

Dbg_delta[j] = Dbg_delta[j]/N;

Avg_temp+= Dbg_delta[j];

}

Avg=avg_temp/TotalPixelNum;

其次进行图像灰度增益计算：

在不同焦平面温度下，通过测量不同温度红外黑体(通常取-20C~50C若干点)，获得目标图像差值Dtar_delta[]，拟合出图像灰度增益Gain[]。

再次进行图像灰度偏移的计算：

用上述背景图像差值所有像素的背景图像差值之和的平均值avg，减去背景图像差值Dbg_delta[]与图像灰度增益Gain[]之积，得到图像灰度偏移Offset[]。

具体地，在一个实例中，可以用以下代码进行计算：

for(j=0;j< TotalPixelNum;j++)

{

Offset[j]=Avg-Gain[j]* Dbg_delta[j];

}

最后对目标图像灰度计算：

用长积分时间下的图像目标差值Dtar_delta[]与图像灰度增益Gain[]之积，加上图像灰度偏移Offset[]，得到校正后的目标灰度Dtar []。

具体地，在一个实例中，可以用以下代码进行计算：

for(i=0;i< TotalPixelNum;i++)

{

Dtar [i] = Dtar_delta [i]* Gain[i] + Offset[i];

}。

第六实施例

本实施例提供一种基于变积分时间的实时红外线成像装置，所述装置包括：

计算目标图像差值模块：根据所述预目标图像、短积分时间下的均匀背景图像数据及背景图像差值计算目标图像差值；

还包括第一存储模块，用于将长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据存储在非易失性存储器中；

详细地，所述获取背景数据模块具体包括：第一获取单元：用于根据焦平面温度获取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

详细地，所述获取背景数据模块具体包括：

详细地，计算目标图像灰度模块具体为：用于根据所有所述背景图像差值之和的平均值，减去所述背景图像差值与图像灰度增益之积，得到图像灰度偏移。

此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其内存储有计算机可执行指令，上述的计算机可读存储介质例如为非易失性存储器例如光盘、硬盘、或者闪存。上述的计算机可执行指令用于让计算机或者类似的运算装置完成上述基于变积分时间的实时红外线成像方法及装置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种基于变积分时间的实时红外线成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤e：将图像灰度增益存储在非易失性存储器中；

步骤g：读取探测器长积分时间下的目标图像；

2.如权利要求1所述的基于变积分时间的实时红外线成像方法，其特征在于，将多个不同焦平面温度下的各组短积分时间下的均匀背景图像数据及图像灰度偏移或者背景图像差值存储在非易失性存储器中，根据实时焦平面温度调用相应数据，参与步骤h的计算。

3.如权利要求1所述的基于变积分时间的实时红外线成像方法，其特征在于，当探测器具有挡片时，所述探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据可以是在相机出厂前进行获取，也可以是相机出厂后根据焦平面温度或定时获取；

当探测器不具有挡片时，所述探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据在读取目标图像前进行获取并存储。

4.如权利要求1或2或3所述的基于变积分时间的实时红外线成像方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：

5.如权利要求1或2或3所述的基于变积分时间的实时红外线成像方法，其特征在于，步骤f具体计算方式为：根据所有所述背景图像差值之和的平均值，减去所述背景图像差值与图像灰度增益之积，得到图像灰度偏移。

6.一种基于变积分时间的实时红外线成像装置，其特征在于，所述装置包括：

7.如权利要求6所述的基于变积分时间的实时红外线成像装置，其特征在于，还包括第一存储模块，用于将长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据存储在非易失性存储器中；

8.如权利要求6所述的基于变积分时间的实时红外线成像装置，其特征在于，所述获取背景数据模块具体包括：第一获取单元：用于根据焦平面温度获取探测器长积分时间下均匀背景图像数据及短积分时间下的均匀背景图像数据；

9.如权利要求6或7或8所述的基于变积分时间的实时红外线成像装置，其特征在于，所述获取背景数据模块具体包括：

10.如权利要求9所述的基于变积分时间的实时红外线成像装置，其特征在于，计算目标图像灰度模块具体为：用于根据所有所述背景图像差值之和的平均值，减去所述背景图像差值与图像灰度增益之积，得到图像灰度偏移。