CN106768385A - 一种探测器非均匀性退化修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于红外成像技术领域，具体涉及一种探测器非均匀性退化修复方法。与现有技术相比较，本发明的目的在于提供一种由于探测器响应漂移引起的非均匀性退化修复方法，具体涉及非均匀性校正技术、探测器响应固定偏置去除技术和探测器积分时间归一化校正技术，通过计算去除探测器响应固定偏置的积分时间归一化非均匀性校正参数，去除了探测器响应漂移对校正参数的影响，探测器每次上电后计算有探测器漂移引起的固定偏置，校正过程中去除得到的探测器固定偏置，采用积分时间归一化校正算法进行实时校正，积分时间切换时采用预校正方法修复其他积分时间存在的非均匀性退化。

Description

一种探测器非均匀性退化修复方法

技术领域

本发明属于红外成像技术领域，具体涉及一种探测器非均匀性退化修复方法，具体涉及非均匀性校正技术、探测器响应固定偏置去除技术和探测器积分时间归一化校正技术。

背景技术

红外焦平面阵列成像系统代表着新一代红外成像系统的发展方向，较其它热成像系统具有结构简单、可靠性高、探测灵敏度和工作帧频高等多方面的优点，有着广泛的应用前景。但是IRFPA各探测单元响应特性之间普遍存在着非一致性，即响应的非均匀性。这一固有问题会使得所成像的图像上呈现出不同程度的固定图案噪声干扰，湮没真实的成像信息，是严重制约IRFPA成像系统性能的一个重要因素。因此必须对红外焦平面阵列探测器进行非均匀性校正。目前红外焦平面阵列非均匀性校正(NUC)算法分为两类：基于参考源的非均匀性校正方法和基于场景的非均匀性校正方法。基于参考源的非均匀性校正算法有：单点校正方法、两点校正方法、多点校正方法等；基于场景校正方法主要有神经网络法、时域高通滤波法、恒定统计法、代数校正算法等。

由于基于场景校正方法对场景的限制，目前应用的红外成像系统主要采用基于标定校正中的多段两点的非均匀性校正方法，校正过程如图1所示。该模型将基于入射辐射的响应划分为多个线性区间，在每个区间内进行线性两点校正。

校正过程中用一个高温黑体(T1)和一个低温黑体(T2)作为标定源，对整个焦平面进行校正。按公式(I)计算每个像素点的校正参数，包括增益和偏置。

式中，和分别表示像素点(i，j)对高温黑体T1和低温黑体T2的响应值，表示探测器对高温黑体和低温黑体响应的平均值。系统工作时利用式(II)进行实时校正，得到校正后图像。

X_o＝G_ijX_ij+O_ij (II)

多段两点校正方法根据探测器工作环境温度范围设定M个积分时间，每个积分时间设定N个温度段，生成M×N段两点校正参数。由于红外探测器不稳定性，使用、贮存过程中会出现探测器响应特性漂移现象，表现为红外探测器非均匀性退化，为保证图像质量，需要对探测器响应漂移进行修正，修复非均匀性退化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种探测器非均匀性退化修复方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种探测器非均匀性退化修复方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：生成校正参数；

步骤101：计算探测器固定响应偏置；

设定N个积分时间I₁、I₂、…、I_N，采集M个黑体温度T₁、T₂、…、T_M的探测器响应数据分别为D₁₁、D₁₂…D_1N…D_MN；其中，D₁₁为积分时间为I₁、黑体温度为T₁时的探测器响应数据；

在温度点Ti探测器积分时间响应关系见公式(1)，i＝1、2…M；

式中，D_i1、D_i2…D_iN数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；i表示第i个黑体温度点；N表示积分时间个数，t₁、t₂…t_N表示N个积分时间；G_i、B_i为在温度点T_i时探测器响应值对应积分时间的增益、偏置；

进行曲线拟合得到温度点T_i的探测器固定响应偏置B_i；

步骤102：计算非均匀性校正参数；

将探测器工作温度划分为M个温度点，构成M-1个温度区间，在任意温度区间i，i＝1，2…M-1对应两个温度点T_i、T_i+1，设定积分时间t_i采集图像数据D_i、D_i+1，按照公式(2)计算两点非均匀性校正参数G_i、O_i；

其中，I_i为T_i温度的探测器去偏置积分时间归一化数据，I_i+1为T_i+1温度的探测器去偏置积分时间归一化数据；A_i为I_i的图像均值，A_i+1为I_i+1的图像均值H为图像高度，W为图像宽度；

对M-1个区间采用公式(2)生成M-1段两点非均匀性校正参数；

步骤2：探测器退化修复；

探测器上电后采集S个积分时间的均匀背景图像D₁、D₂...D_S，采用公式(1)计算探测器固定偏置B，采用公式(3)进行实时非均匀性校正：

其中，Y、G、O、I、B大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；Y为进行探测器退化修复的校正后图像，t为当前积分时间长度，I为校正前图像数据，G、O为非均匀性校正参数。

当积分时间切换时，假设积分时间由t₁切换到t₂，对公式(3)进行逆运算，由积分时间t₁的校正后图像数据Y₁得到校正前的探测器原始图像数据I，采用切换后积分时间t₂的校正参数G₂、O₂对I进行非均匀性校正得到校正后图像Y₂，Y₁进行了非均匀性退化修复，图像中不存在非均匀性退化，Y₂由于偏离修复点图像中存在非均匀性退化，主要表现为离散的椒盐噪声，在图像中表现为亮点或暗点，通过坏元替代的方法进行修复，根据Y₁、Y₂图像之间的差异确定退化点位置，修复积分时间切换引起的非均匀性退化，具体实现见公式(4)：

式中I、Y₁、Y₂、B、G₁、O₁、G₂、O₂、ΔY数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；t₁为积分时间；当ΔY(m,n)的绝对值大于设定阈值T_h时，将(m，n)添加至坏元列表，(m，n)点像素采用邻域均值替换，修复探测器响应漂移。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明的目的在于提供一种由于探测器响应漂移引起的非均匀性退化修复方法，具体涉及非均匀性校正技术、探测器响应固定偏置去除技术和探测器积分时间归一化校正技术，通过计算去除探测器响应固定偏置的积分时间归一化非均匀性校正参数，去除了探测器响应漂移对校正参数的影响，探测器每次上电后计算有探测器漂移引起的固定偏置，校正过程中去除得到的探测器固定偏置，采用积分时间归一化校正算法进行实时校正，积分时间切换时采用预校正方法修复其他积分时间存在的非均匀性退化。

本发明通过采集单一温度点的均匀辐射图像，实现了红外探测器工作过程中全温度范围的固定图案噪声修复，解决了探测器退化的修复问题。

附图说明

图1为线性模型下的非均匀性校正过程。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题，本发明提供一种探测器非均匀性退化修复方法，该方法对多积分时间多段两点校正方法进行改进，去除探测器响应漂移对校正参数的影响，解决了探测器退化问题，具体包括如下步骤：

步骤1：生成校正参数；

步骤101：计算探测器固定响应偏置；

设定N个积分时间I₁、I₂、…、I_N，采集M个黑体温度T₁、T₂、…、T_M的探测器响应数据分别为D₁₁、D₁₂…D_1N…D_MN；其中，D₁₁为积分时间为I₁、黑体温度为T₁时的探测器响应数据；

在温度点Ti探测器积分时间响应关系见公式(1)，i＝1、2…M；

式中，D_i1、D_i2…D_iN数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；i表示第i个黑体温度点；N表示积分时间个数，t₁、t₂…t_N表示N个积分时间；G_i、B_i为在温度点T_i时探测器响应值对应积分时间的增益、偏置；

进行曲线拟合得到温度点T_i的探测器固定响应偏置B_i；

步骤102：计算非均匀性校正参数；

将探测器工作温度划分为M个温度点，构成M-1个温度区间，在任意温度区间i，i＝1，2…M-1对应两个温度点T_i、T_i+1，设定积分时间t_i采集图像数据D_i、D_i+1，按照公式(2)计算两点非均匀性校正参数G_i、O_i；

其中，I_i为T_i温度的探测器去偏置积分时间归一化数据，I_i+1为T_i+1温度的探测器去偏置积分时间归一化数据；A_i为I_i的图像均值，A_i+1为I_i+1的图像均值H为图像高度，W为图像宽度；

对M-1个区间采用公式(2)生成M-1段两点非均匀性校正参数；

步骤2：探测器退化修复；

探测器上电后采集S个积分时间的均匀背景图像D₁、D₂...D_S，采用公式(1)计算探测器固定偏置B，采用公式(3)进行实时非均匀性校正：

其中，Y、G、O、I、B大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；Y为进行探测器退化修复的校正后图像，t为当前积分时间长度，I为校正前图像数据，G、O为非均匀性校正参数。

当积分时间切换时，假设积分时间由t₁切换到t₂，对公式(3)进行逆运算，由积分时间t₁的校正后图像数据Y₁得到校正前的探测器原始图像数据I，采用切换后积分时间t₂的校正参数G₂、O₂对I进行非均匀性校正得到校正后图像Y₂，Y₁进行了非均匀性退化修复，图像中不存在非均匀性退化，Y₂由于偏离修复点图像中存在非均匀性退化，主要表现为离散的椒盐噪声，在图像中表现为亮点或暗点，通过坏元替代的方法进行修复，根据Y₁、Y₂图像之间的差异确定退化点位置，修复积分时间切换引起的非均匀性退化，具体实现见公式(4)：

式中I、Y₁、Y₂、B、G₁、O₁、G₂、O₂、ΔY数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；t₁为积分时间；当ΔY(m,n)的绝对值大于设定阈值T_h时，将(m，n)添加至坏元列表，(m，n)点像素采用邻域均值替换，修复探测器响应漂移。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种探测器非均匀性退化修复方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：生成校正参数；

步骤101：计算探测器固定响应偏置；

设定N个积分时间I₁、I₂、…、I_N，采集M个黑体温度T₁、T₂、…、T_M的探测器响应数据分别为D₁₁、D₁₂…D_1N…D_MN；其中，D₁₁为积分时间为I₁、黑体温度为T₁时的探测器响应数据；

在温度点Ti探测器积分时间响应关系见公式(1)，i＝1、2…M；

$\begin{array}{c}{D}_{i1}(m,n)=G_i(m,n)t_1+B_i(m,n)\\ D_{i2}(m,n)=G_i(m,n)t_2+B_i(m,n)\\ ......\\ D_{iN}(m,n)=G_i(m,n)t_N+B_i(m,n)\end{array}---\left(1\right)$

式中，D_i1、D_i2…D_iN数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；i表示第i个黑体温度点；N表示积分时间个数，t₁、t₂…t_N表示N个积分时间；G_i、B_i为在温度点T_i时探测器响应值对应积分时间的增益、偏置；

进行曲线拟合得到温度点T_i的探测器固定响应偏置B_i；

步骤102：计算非均匀性校正参数；

将探测器工作温度划分为M个温度点，构成M-1个温度区间，在任意温度区间i，i＝1，2…M-1对应两个温度点T_i、T_i+1，设定积分时间t_i采集图像数据D_i、D_i+1，按照公式(2)计算两点非均匀性校正参数G_i、O_i；

$\begin{array}{c}{I}_i(m,n)=\frac{D_i(m,n)-B_i(m,n)}{t_i}\\ I_{i+1}(m,n)=\frac{D_{i+1}(m,n)-B_{i+1}(m,n)}{t_i}\\ A_i=\frac{\underset{m=1,n=1}{\overset{m=H,n=W}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i(m,n)}{H\×W}\\ A_{i+1}=\frac{\underset{m=1,n=1}{\overset{m=H,n=W}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{i+1}(m,n)}{H\×W}\\ G_i(m,n)=\frac{A_{i+1}-A_i}{I_{i+1}(m,n)-I_i(m,n)}\\ O_i(m,n)=A_{i+1}-G(m,n)\×I_{i+1}(m,n)\end{array}---\left(2\right)$

其中，I_i为T_i温度的探测器去偏置积分时间归一化数据，I_i+1为T_i+1温度的探测器去偏置积分时间归一化数据；A_i为I_i的图像均值，A_i+1为I_i+1的图像均值H为图像高度，W为图像宽度；

对M-1个区间采用公式(2)生成M-1段两点非均匀性校正参数；

步骤2：探测器退化修复；

探测器上电后采集S个积分时间的均匀背景图像D₁、D₂...D_S，采用公式(1)计算探测器固定偏置B，采用公式(3)进行实时非均匀性校正：

$Y(m,n)=\[G(m,n)\left(\frac{I(m,n)-B(m,n)}{t}\right)+O(m,n)\]\×t---\left(3\right)$

其中，Y、G、O、I、B大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；Y为进行探测器退化修复的校正后图像，t为当前积分时间长度，I为校正前图像数据，G、O为非均匀性校正参数。

当积分时间切换时，假设积分时间由t₁切换到t₂，对公式(3)进行逆运算，由积分时间t₁的校正后图像数据Y₁得到校正前的探测器原始图像数据I，采用切换后积分时间t₂的校正参数G₂、O₂对I进行非均匀性校正得到校正后图像Y₂，Y₁进行了非均匀性退化修复，图像中不存在非均匀性退化，Y₂由于偏离修复点图像中存在非均匀性退化，主要表现为离散的椒盐噪声，在图像中表现为亮点或暗点，通过坏元替代的方法进行修复，根据Y₁、Y₂图像之间的差异确定退化点位置，修复积分时间切换引起的非均匀性退化，具体实现见公式(4)：

$\begin{array}{c}I(m,n)=\frac{(\frac{Y_1(m,n)}{t_1}-O_1(m,n\left)\right)\×t_1}{G_1(m,n)}+B(m,n)\\ Y_2(m,n)=\[G_2(m,n)\left(\frac{I(m,n)-B(m,n)}{t_1}\right)+O_2(m,n)\]\×t_1\\ \mathrm{\Δ}Y(m,n)=Y_2(m,n)-Y_1(m,n)\end{array}---\left(4\right)$

式中I、Y₁、Y₂、B、G₁、O₁、G₂、O₂、ΔY数据大小为H行W列，m＝1，2…H，n＝1，2…W；t₁为积分时间；当ΔY(m,n)的绝对值大于设定阈值T_h时，将(m，n)添加至坏元列表，(m，n)点像素采用邻域均值替换，修复探测器响应漂移。