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CN112504469B - 一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法 - Google Patents

一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于红外探测器在观察温差较小的对地场景时的多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法；该方法对红外探测器的近线性响应区进行细分，通过多段系数的线性拟合去接近探测器真实的响应曲线，并通过细分段的温度重叠及实时统计场景信息并合理设置切换阈值，在无人干预的条件下完成多段系数的自适应切换，这样既可以有效减少探测器响应非线性带来的校正误差，提高校正精度，又可避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，具有良好的工程实用性。

Description

一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，涉及一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法。
背景技术
红外焦平面探测器受材料、工艺和环境的影响，红外焦平面阵列各阵列单元存在着响应的非均匀性，它会导致红外成像系统的性能显著下降，以至使其难以满足红外成像系统的使用要求，因而工程中使用的红外焦平面阵列都采用非均匀性校正技术。
传统的两点校正算法建立在红外焦平面阵列元响应是线性的这种理想化假设下的,但实际情况并非如此。对于非均匀性较大或离标定点较远的部分,经两点校正后残留的非均匀性大,校正的效果差。之前发明人曾提出一种积分时间自适应切换的红外图像非均匀校正方法(中国专利申请201911277816.8)，该方法依据探测器的响应特性通过积分时间的调整，在观察温差较大的场景时将探测器的响应强行拉至其近线性响应段。但在实际工程应用过程中，又发现该方法在场景变化时接近温度切换的边界时会引起积分时间的频繁切换，进而出现图像中断、闪烁等现象，因此该方法适用于探测器需观察天空、地面及半天半地等温差较大的多种复杂场景，但并不适用于在探测器仅需观察温差较小的对地场景。探测器最佳积分时间的近线性段响应区域可覆盖温差较小的对地场景，若在探测器仅需观察温差较小的对地场景下，依然通过调整积分时间会导致探测器的响应偏高或偏低进而影响成像性能。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种用于红外探测器在观察温差较小的对地场景时的多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法；该方法对红外探测器的近线性响应区进行细分，通过多段系数的线性拟合去接近探测器真实的响应曲线，并通过细分段的温度重叠及实时统计场景信息并合理设置切换阈值，在无人干预的条件下完成多段系数的自适应切换，这样既可以有效减少探测器响应非线性带来的校正误差，提高校正精度，又可避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，具有良好的工程实用性。
本发明的技术方案为：
所述一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法，包括以下步骤：
步骤1：依据观察场景的动态范围设置温度范围为5℃～35℃；
步骤2：依据热像仪5℃～35℃的观察场景温度范围，为避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，温度段划分应有2℃的重叠区，即根据探测器的响应曲线特性可划分为5℃～17℃、15℃～27℃及25℃～35℃三个温度段，记为温度段1，温度段2及温度段3；
步骤3：选取温度段1的温度点即5℃和17℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在5℃和17℃两个温度点的红外原始图像yLij(φL)和yLij(φH)，利用公式计算红外图像的低温段两点校正系数增益GLij和偏置OLij：
Figure GDA0003715062190000021
Figure GDA0003715062190000022
其中i＝0,1,...,M-1；j＝0,1,...,N-1，
Figure GDA0003715062190000023
M，N为红外焦平面探测器阵列大小；
步骤4：选取温度段2的温度点即15℃和27℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在15℃和27℃两个温度点的红外原始图像yNij(φL)和yNij(φH)，利用公式计算红外图像的常温段两点校正系数增益GNij和偏置ONij：
Figure GDA0003715062190000024
Figure GDA0003715062190000025
其中
Figure GDA0003715062190000026
步骤5：选取温度段3的温度点即25℃和35℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在25℃和35℃两个温度点的红外原始图像yHij(φL)和yHij(φH)，利用公式计算红外图像的高温段两点校正系数增益GHij和偏置OHij：
Figure GDA0003715062190000031
Figure GDA0003715062190000032
其中
Figure GDA0003715062190000033
步骤6：红外热像仪工作过程中，为避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，应实时计算画面中的相关像素点个数，通过以下判断规则判断是否切换两点校正系数：
a)若当前校正系数为低温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第一灰度阈值YL,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
b)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第二灰度阈值YN,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为高温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
c)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第三灰度阈值YN,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为低温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
d)若当前校正系数为高温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第四灰度阈值YH,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像。
有益效果
本发明具有的优点和有益效果是：本发明对红外探测器近线性段响应区域进行细分，通过多段系数的线性拟合去接近探测器的真实响应曲线，并通过细分段的温度重叠及实时统计场景信息并合理设置切换阈值，在无人干预的条件下完成多组系数的自适应切换，这样既可以有效减少探测器响应非线性带来的误差，提高校正精度，又可避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，具有良好的工程实用性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的具体实现程序流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例中提出的一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法，目的是消除传统采用一组两点非均匀性校正方法所存在的与探测器实际响应偏差较大的弊端，可有效减少探测器响应非均匀性带来的误差，提高校正精度。且通过温度细分段的温度重叠及实时统计场景信息并合理设置切换阈值，在无人干预的条件下完成多组系数的自适应切换可避免系数的频繁切换，进而避免图像的中断、闪烁等现象，保证探测器在观察温差较小的对地场景时图像良好的均匀性和连续性。
本实施例的具体实现步骤如下：
1、依据观察场景的动态范围设置温度范围，如某型热像仪观察为对地观察，其温度范围为5℃～35℃；
2、依据热像仪5℃～35℃的观察场景温度范围，为避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，温度段划分应有2℃的重叠区，即根据探测器的响应曲线特性可划分为5℃～17℃、15℃～27℃及25℃～35℃三个温度段，记为温度段1，温度段2及温度段3，这3段温度段可线性拟合探测器真实的响应曲线；
3、选取温度段1的温度点即5℃和17℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在5℃和17℃两个温度点的红外原始图像yLij(φL)和yLij(φH)，利用公式(1)(2)计算红外图像的低温段两点校正系数增益GLij和偏置OLij：
Figure GDA0003715062190000051
Figure GDA0003715062190000052
其中i＝0,1,...,M-1；j＝0,1,...,N-1，
Figure GDA0003715062190000053
M，N为红外焦平面探测器阵列大小；
4、选取温度段2的温度点即15℃和27℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在15℃和27℃两个温度点的红外原始图像yNij(φL)和yNij(φH)，利用公式(3)(4)计算红外图像的常温段两点校正系数增益GNij和偏置ONij：
Figure GDA0003715062190000054
Figure GDA0003715062190000055
其中
Figure GDA0003715062190000056
5、选取温度段3的温度点即25℃和35℃分别为计算两点校正系数的低温点和高温点，借助黑体采集红外探测器在25℃和35℃两个温度点的红外原始图像yHij(φL)和yHij(φH)，利用公式(5)(6)计算红外图像的高温段两点校正系数增益GHij和偏置OHij：
Figure GDA0003715062190000057
Figure GDA0003715062190000061
其中
Figure GDA0003715062190000062
6、红外热像仪工作过程中，为避免系数的频繁切换引起的图像中断、闪烁等现象，应实时计算画面中的相关像素点个数，通过以下判断规则判断是否切换两点校正系数：
a)若当前校正系数为低温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第一灰度阈值YL,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
b)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第二灰度阈值YN,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为高温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
c)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第三灰度阈值YN,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为低温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
d)若当前校正系数为高温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第四灰度阈值YH,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：依据红外热像仪对地观察场景的动态范围，设置温度范围为5℃～35℃；
步骤2：将5℃～35℃的观察场景温度范围划分为5℃～17℃、15℃～27℃及25℃～35℃三个温度段；
步骤3：采集红外热像仪在5℃和17℃两个温度点的红外图像yLij(φL)和yLij(φH)，计算红外图像的低温段两点校正系数增益GLij和偏置OLij：
Figure FDA0003715062180000011
Figure FDA0003715062180000012
其中i＝0,1,...,M-1；j＝0,1,...,N-1，
Figure FDA0003715062180000013
M，N为红外热像仪焦平面阵列大小；
采集红外热像仪在15℃和27℃两个温度点的红外图像yNij(φL)和yNij(φH)，计算红外图像的常温段两点校正系数增益GNij和偏置ONij：
Figure FDA0003715062180000014
Figure FDA0003715062180000015
其中
Figure FDA0003715062180000016
采集红外热像仪在25℃和35℃两个温度点的红外图像yHij(φL)和yHij(φH)，计算红外图像的高温段两点校正系数增益GHij和偏置OHij：
Figure FDA0003715062180000017
Figure FDA0003715062180000021
其中
Figure FDA0003715062180000022
步骤4：红外热像仪工作过程中，实时计算画面中的相关像素点个数，通过以下判断规则判断是否切换两点校正系数：
a)若当前校正系数为低温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第一灰度阈值YL,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
b)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中高于第二灰度阈值YN,H的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为高温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
c)若当前校正系数为常温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第三灰度阈值YN,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为低温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像；
d)若当前校正系数为高温段的两点校正系数，且当前红外图像中低于第四灰度阈值YH,L的像素个数大于图像像素总个数的85％时，则切换两点校正系数选择为常温段的两点校正系数，并利用切换后的两点校正系数完成红外图像的两点校正即可得到非均匀校正后的图像。
2.根据权利要求1所述一种多段系数自适应切换的红外图像非均匀校正方法，其特征在于：步骤3中借助标准黑体采集红外热像仪在各个指定温度点的红外图像。
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