DE69801201T2

DE69801201T2 - Adaptiver non-uniformer kompensierungsverfahren und sensor

Info

Publication number: DE69801201T2
Application number: DE69801201T
Authority: DE
Inventors: M. Kilgore
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: AU8756298A; TW517192B; WO1998047102A3; NZ332877A; CA2254143C; NO985898D0; NO316849B1; EP0909428A2; IL127240A0; ATE203610T1; KR20000016752A; JP3417573B2; JP2001509996A; AU705782B2; EP0909428B1; NO985898L; IL127240A; WO1998047102A2; CA2254143A1; TR199802636T1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Beseitigen von Störungen mit festem Muster aus Sensorabbildungen.

Hintergrund der Erfindung

Fokalebenen-Abbildungsanordnungen (FPA) dienen in vielerlei Anwendungen zum Erfassen von Bildern für die nachfolgende Verarbeitung. Beispielsweise verwendeten Luft-Luft-Raketen Infrarotsensoren mit Fokalebenen-Abbildungsanordnungen oder Fokalebenenarrays zum Erfassen von Infrarotbildern von einem Zielobjekt, welches verfolgt wird. Die Fokalebenenanordnung enthält n · n Infrarotdetektoren. Jeder Detektor hat eine jeweils leicht unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Infrarotstrahlung. Diese nicht gleichförmige Empfindlichkeit führt zu Störungen mit festem Muster (FPN). Eine FPN-Störung äußert sich in dem resultierenden Bild an einigen Pixeln, welche zu hell sind und an einigen Pixeln, welche zu dunkel sind.
Einige Raketen-Sensorprozessoren verwendeten einen Algorithmus zur Verminderung der FPN-Störung. Gegenwärtig verwendete Algorithmen führten beachtliche Szenen-Kunstgebilde in das Ausgangsbild ein, was dazu führt, daß die Raketen-Verfolgungseinrichtung das Zielobjekt verfehlt. Anstrengungen zur Verminderung des Aufbaus von Szenerie-Kunstgebilden resultierten in einer ungenügenden Verminderung von Störungen mit festem Muster unter bestimmten simulierten Flugbedingungen.
Es wäre daher von Vorteil, eine Technik zum Beseitigen von Störungen mit festem Muster aus Sensorbildern zu schaffen, ohne daß wesentliche Szenen-Kunstgebilde eingeführt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein adaptives Verfahren zur Beseitigung von Störungen mit festem Muster aus Fokalebenen-Abbildungsanordnungen (FPA) und auf einen adaptiven Sensor in einem System zur Kompensation von Ungleichförmigkeit zur Bildung eines korrigierten Ausgangsbildes von einer Fokalebenen-Abbildungsanordnung, wie dies in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 10 angegeben ist. Das Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte:
Erzeugen von jeweiligen fokussierten bzw. unscharfen digitalen Versionen eines FPA-Bildes;
Einwirkenlassen einer Gruppe von Korrekturausdrücken auf die fokussierte Version des FPA-Bildes zur Erzeugung eines korrigierten, fokussierten FPA-Bildes;
Einwirkenlassen einer Filterung auf die korrigierte, fokussierte Version des FPA- Bildes zu Erzeugung eines gefilterten, fokussierten FPA-Bildes;
Einwirkenlassen der genannten Gruppe von Korrekturausdrucken auf die unscharfe Version des FPA-Bildes zur Erzeugung einer korrigierten, unscharfen Version des FPA-Bildes;
Einwirkenlassen der genannten Filterung auf das korrigierte, unscharfe Bild zur Erzeugung eines gefilterten, unscharfen Bildes;
Errechnen von Festmuster-Störungsfehlern unter Verwendung des gefilterten, fokussierten Bildes und des gefilterten, unscharfen Bildes; und
Verwenden der Festmuster-Störungsfehler zur Aktualisierung der Korrekturausdrücke zur Verwendung bei der Verarbeitung eines nächsten FPA-Bildes.
In dieser ersten Ausführungsform enthält der Filter einen Anti-Mittelwertfilter, der für jedes Pixel in jedem Bild einen entsprechenden Filterungswert gegenüber einem Mittelwert enthält, welcher ein Maß dafür ist, wie das Pixel von einem Mittelwert des Pixels und einer Gruppe von Nachbarpixeln abweicht. In einer zweiten Ausführungsform enthält der Filter einen Anti-Mittelwertfilter, der für jedes Pixel in jedem Bild einen entsprechenden Anti-Mittelwert liefert, der ein Maß dafür ist, wie das betreffende Pixel sich von einem Mittelwert des Pixels und einer Gruppe von Nachbarpixeln unterscheidet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und weitete Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer beispielsweise Ausführungsform, wie sie durch die begleitenden Zeichnungen dargestellt ist, in welchen:
Fig. 1 ein vereinfachtes, schematisches Blockschaltbild eines Raketenverfolgungssystems darstellt, in welchem die vorliegende Erfindung mit Vorteil angewendet wird;
Fig. 2 eine Folge von Bildern 1, 2,... n + 1 wiedergibt, die zwischen einem fokussierten Bild und einem unscharfen Bild abwechselt, welche an einem Sensorausgang des Systems von Fig. 1 erzeugt werden;
Fig. 3 ein prinzipielles Flußdiagramm einer ersten Ausführungsform des adaptiven NUC-Verfahrens nach der Erfindung zeigt;
Fig. 4 die Verarbeitung des fokussierten Bildes für das Filtersystem nach Fig. 3 verdeutlicht;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das die Verarbeitung des unscharfen Bildes für das Filtersystem nach Fig. 3 verdeutlicht;
Fig. 6 die Anwendung der Anti-Mittelwert-Filterverarbeitung des Filtersystems nach Fig. 3 darstellt;
Fig. 7A bis 7D die vier Filtermuster zeigen, die in dem Filtersystem nach Fig. 3 verwendet werden;
Fig. 8 das Umordnen der Filtermuster für jeweils aufeinanderfolgende Paare von fokussierten und unscharfen Bildformaten erläutert;
Fig. 9 schaubildlich das Aktualisieren der Korrekturausdrücke, welche in den Systemen nach Fig. 3 vewendet werden, zeigt;
Fig. 10 schaubildlich die Anwendung der Korrekturausdrücke auf das eingegebene Bild für das Filtersystem von Fig. 3 darstellt;
Fig. 11 eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12 die Verarbeitung des fokussierten Bildes für des Filtersystem von Fig. 11 darstellt;
Fig. 13 ein Flußdiagramm zeigt, das die Verarbeitung des unscharfen Bildes für das Filtersystem für Fig. 11 erläutert;
Fig. 14 die Anwendung des Anti-Mittelwert-Filters in dem System nach Fig. 11 darstellt;
Fig. 15A und 15B jeweils zwei Filtermuster zeigen, die für das Filtersystem von Fig. 11 verwendet werden;
Fig. 16 die Umordnung der Filtermuster nach den Fig. 15A und 15B für jeweils aufeinanderfolgende Paare von fokussierten und unscharfen Bildformaten zeigt; und
Fig. 17 schematisch das Aktualisieren der Korrekturausdrücke durch das Filtersystem von Fig. 11 darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Raketen-Zielobjektverfolgungssystems, bei welchem die vorliegende Erfindung mit Vorteil eingesetzt wird. Im allgemeinen enthält das Verfolgungssystem einen Sensor 10, der ein Bild erzeugt. Typischerweise enthält der Sensor 10 eine Optik 12 zum Sammeln und Fokussieren einfallender Infrarotstrahlungsenergie aus der umgebenden Szenerie und von einem Zielobjekt auf eine Fokalebenen-Abbildungsanordnung 14, welche ein Infrarotbild der verfolgten Szenerie bzw. des verfolgten Bereiches erzeugt. Der Sensor 10 enthält einen Analog-/Digital-Umfomer 16 (AfD), der jeden der n · n Detektorausgänge in digitale (numerische) Werte oder Pixel umformt. Die digitalisierten Bilder werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch den adaptiven Prozessor 20 zur Ungleichförmigkeitskompensation (NUC) verarbeitet, um korrigierte Ausgangsbilder 30 zu erzeugen, in welchen Kunstgebilde der Szenerie vermindert sind und Störungen mit festem Muster vermindert oder beseitigt sind. Der NUC-Prozessor 20 nimmt eine Einstellung an jedem Pixel vor, um eine Kompensation bezüglich einer unterschiedlichen Empfindlichkeit jedes Detektors in der Fokalebenen-Abbildungsanordnung 14 vorzunehmen. Das Raketen-Verfolgungssystem (nicht dargestellt) verwendet dann die korrigierten Ausgangsbilder für die Verfolgung der Zielobjekte.
Fig. 2 zeigt eine Folge von Bildern 1,... n + 1, die jeweils zwischen einem fokussierten Bild und einem unscharfen Bild abwechseln. Der Sensorausgang liefert abwechselnd fokussierte und unscharfe Bilder. Das Focusieren und das Unfokussiertlassen wird durch die Sensoroptik 12 gesteuert. Eine beispielsweise Möglichkeit zum Erzielen von fokussierten und unscharfen Bildern ist die Verwendung eines Filterrades in der Sensoroptik 12. Das Filterrad läuft um und hat gesonderte Optiken bzw. Linsen zur Erzeugung des fokussierten Bildes und des unscharfen Bildes. Die unscharfen Bilder werden als Teil des NUC-Kompensationsprozesses verwendet, um es zu ermöglichen, zwischen der Szenerie und dem Zielobjekt und den Störungen mit festem Muster zu unterscheiden.
Fig. 3 ist ein prinzipielles Flußdiagramm, welches eine erste Ausführungsform des Anpassungsverfahrens oder des adaptiven Verfahrens zur Kompensation von Störungen mit festem Muster nach der Erfindung verdeutlicht. Das Eingangsbild 18, das entweder ein fokussiertes Bild 18A oder ein unscharfes Bild 18B ist, wird von dem Sensor 10 aufgenommen. Die Korrekturausdrücke 26 werden auf das Eingangsbild in einem Schritt 22 zur Einwirkung gebracht, so daß man ein korrigiertes Ausgangsbild erhält. Die Korrekturausdrücke sind anfänglich alle null. Das korrigierte Ausgangsbild 30 wird sowohl zu dem Verfolgungssystem als auch zu dem NUC-Filtersystem 24 geführt. Ein jeweils unterschiedlicher NUC-Filter wird für die fokussierten Bilder bzw. die unscharfen Bilder verwendet. Diese zwei Filter werden weiter unten beschrieben. Das Filtersystem 24 aktualisiert die Korrekturausdrucke 26 auf der Basis des korrigierten Ausgangsbildes.
Fig. 4 zeigt die Verarbeitung des fokussierten Bildes für das Filtersystem 24 von Fig. 3. Das eingegebene fokussierte Bild 18A wird von dem Sensor aufgenommen und die Korrekturausdrücke 26 werden in einem Schritt 22 zur Einwirkung gebracht, so daß man das korrigierte fokussierte Bild 30 erhält, wie dies oben beschrieben wurde. Das Filtersystem 24 enthält einen Filter 24A für das fokussierte Bild, welcher die Anwendung eines Anti-Mittelwert-Filters 24C auf das korrigierte fokussierte Bild in einem Schritt 24A1 vorsieht, um ein Anti-Mittelwert-Bild 30A zu erhalten. Das Bild 30A wird in einem Speicher für die Verwendung bei einem folgenden unscharfen Bild 18B gespeichert.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches die Verarbeitung des unscharfen Bildes für das Filtersystem 24 von Fig. 3 zeigt. Das unscharfe Bild 18B wird von dem Sensor 10 aufgenommen und die Korrekturausdrücke 26 werden in dem Schritt 22 zur Einwirkung gebracht, um das korrigierte unscharfe Bild 30B als einen für Diagnosezwecke nutzbaren Ausgang zu erhalten. Das Filtersystem 24 enthält einen Filter 24B für das unscharfe Bild, welcher die Anwendung des selben Anti-Mittelwert-Filter 24C, der in dem Filter 24A für das fokussierte Bild verwendet wurde, auf das korrigierte unscharfe Bild vorsieht. Wenn der Anti-Mittelwert-Filter zur Einwirkung auf das korrigierte, unscharfe Bild gebracht ist, wird der Ausgang mit dem Filterausgang verglichen, der von dem vorausgegangenen fokussierten Bildformat gespeichert ist, was durch eine NUC- Vergleichsfunktion 24B2 geschieht, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Der Ausgang der Vergleichsfunktion liefert Fehlerausdrücke, die dazu verwendet werden, die Korrekturausdrücke für das nächste eingegebene fokussierte Bild zu aktualisieren.
Die Fig. 6, 7A bis 7D und 8 zeigen die Anwendung der Anti-Mittelwert- Filterung 24C. Das eingebene Bild 18 hat eine Größe von n Pixeln mal n Pixeln. Jedes Pixel besitzt einen numerischen Wert, welcher die Helligkeit bzw. die Intensität repräsentiert. Für jedes Pixel X in dem Bild dienen die Helligkeit- bzw. Intensitätswerte von X und zweier Nachbarpixel zur Errechnung eines Mittelwertes. Der Mittelwert wird errechnet, indem die drei Pixel in aufsteigender Ordnung bezüglich des Helligkeits- bzw. Intensitätswertes geordnet werden und der mittlere aus der sortierten Reihe als Mittelwert ausgewählt wird. Zwei zusätzliche Zeilen und Spalten mit abwechselndem Maximalwert (M) und Minimalwert (m) werden an das Bild angefügt, um die Randbedingungen handhaben zu können. Der "Anti-Mittelwert" ist ein Maß dafür, wie sich das betreffende Pixel von dem Mittelwert unterscheidet. Der "Anti-Mittelwert" wird errechnet, indem das Pixel "X" von dem Mittelwert subtrahiert wird, wie in der folgenden Gleichung dargestellt ist:
Anti-Mittelwert (Zeile, Spalte) = Mittelwert (Zeile, Spalte) - Pixel (Zeile, Spalte)
Das Ergebnis der Filterung ist eine n · n-Gruppe 18D von Anti-Mittelwerten für das Bild 18.
Es gibt vier Filtermuster, welche in den Fig. 7A-7D als die Muster 1-4 dargestellt sind und welche in dem Filtersystem 24 verwendet werden. In den Fig. 7A-7D repräsentieren die schattierten Flächen jeweils Pixel, die bei der Errechnung des Mittelwertes verwendet werden. Das mittlere Pixel ist mit "X" gekennzeichnet. Die Muster, nämlich Muster 1 bis Muster 4, werden für jedes aufeinanderfolgende Paar von fokussierten bzw. unscharfen Bildformaten, wie in Fig. 8 gezeigt, zyklisch ausgetauscht. Es wird also für die erste Gruppe von fokussierten bzw. unscharfen Bildern, d. h., für die Bilder 1 und 2 das Filtermuster 1 verwendet. Für die zweite Gruppe von Bildern 3 und 4 wird das Filtermuster 2 verwendet. Für die dritte Gruppe von Bildern, nämlich die Bilder 5 und 6, wird das Filtermuster 3 verwendet und für die vierte Gruppe von Bildern, nämlich die Bilder 7 und 8, wird das Filtermuster 4 verwendet, wobei der Filtermusterzyklus für die Bilder 9 und 10 von neuem startet.
Die Vergleichsfunktion 24B2 (Fig. 5) sei nun beschrieben. Jeder Wert (Zeile, Spalte) des Anti-Mittelwertbildes (fokussiert) wird mit dem entsprechenden Wert des Anti-Mittelwertbildes (unscharf) in der nachfolgend angegebenen Weise verglichen. Prüfung 1: Prüfe, ob das Vorzeichen (+/-) des Anti-Mittelwertes (fokussiert) gleich dem Vorzeichen (+/-) des Anti-Mittelwertes (unscharf) ist. Prüfung 2: Prüfe, ob, oder ob nicht, der Anti-Mittelwert (unscharf) größer als irgendein Bruchteil (beispielsweise 3/4) des Anti-Mittelwertes (fokussiert) ist. Wenn die Prüfungen 1 und 2 positiv sind, dann wird der Fehlerausdruck so eingestellt, daß er gleich dem Anti-Mittelwert (fokussiert) ist. Anderenfalls wird der Fehlerausdruck auf Null eingestellt.
Die Errechnung des Anti-Mittelwertes kann ein positives oder ein negatives Ergebnis haben, je nachdem, ob das mittlere Pixel "X" einen größeren oder einen kleineren Wert hat als der Mittelwert beträgt. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Mittelwert 100 ist und das mittlere Pixel einen Wert von 90 hat. Der Anti-Mittelwert ist dann 100-90 oder +10. Wenn aber das mittlere Pixel einen Wert von 115 hat, dann ist der Anti-Mittelwert gleich 100-115 oder -15, also ein negativer Wert. Die Fehlerausdrücke und Korrekturausdrücke können positiv oder negativ sein. Positive Werte dienen zur Korrektur von Pixeln die zu dunkel sind. Negative Werte dienen zur Korrektur von Pixeln, welche zu hell sind.
Die Vergleichsfunktion kann folgendermaßen angeschrieben werden:
Wenn Vorzeichen (Anti-Mittelwert (unscharf)(Zeile, Spalte)) = Vorzeichen (Anti-Mittelwert (fokussiert)(Zeile, Spalte))
und Absolutwert (Anti-Mittelwert (unscharf)(Zeile, Spalte)) größer als (NUC-Faktor mal Absolutwert (Anti-Mittelwert (fokussiert)(Zeile, Spalte))
dann Fehlerausdruck (Zeile, Spalte) = Anti-Mittelwert (Zeile, Spalte) sonst Fehlerausdruck (Zeile, Spalte) = 0
Ende
Darin ist NUC-Faktor = 3/4.
Die Fehlerausdrücke dienen zum Aktualisieren der Korrekturausdrücke. Jeder Fehlerausdruck (Zeile, Spalte) wird mit 2 multipliziert und dann zu dem Korrekturausdruck (Zeile, Spalte) hinzu addiert, um den aktualisierten Fehlerausdruck zu erhalten. Da die Korrekturausdrücke von höherer Präzision sind als das Bild, werden die Korrekturausdrücke durch 8 dividiert, bevor sie zu dem Bild hinzu addiert werden. Das Multiplizieren der Fehlerausdrücke mit 2 und das Dividieren durch 8 hat in dieser Funktion das Ergebnis, daß eine Viertel-Korrektur des abgeschätzten Fehlers vorgenommen wird. Das Aktualisieren der Korrekturausdrücke ist schematisch in Fig. 9 gezeigt, wo dargestellt ist, daß die Fehlerausdrücke (n-Werte · n-Werte) mit 2 multipliziert werden und dann zu der vorhandenen Gruppe von Korrekturwerten (n-Werte · n- Werte) addiert werden, um eine aktualisierte Gruppe von Korrekturwerten (n-Pixel · n- Pixel) zu erhalten.
Die Korrekturausdrücke werden über viele Bildformate angesammelt und mit der achtfachen Präzision des Bildes gespeichert. Jeder Korrekturausdruck wird durch 8 geteilt und dann zu dem Eingangs-Bildpixel (Zeile, Spalte) addiert, um ein neues Pixel (Zeile, Spalte) in dem Ausgangsbild zu bilden. Dies ist schematisch in Fig. 10 gezeigt, wo die aktualisierte Gruppe von. Korrekturausdrücken (n-Werte · n-Werte) durch 8 dividiert wird und zu dem Eingangsbild (n-Pixel · n-Pixel) addiert wird, um das korrigierte Ausgangsbild zu gewinnen.
Fig. 11 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Ein anderer Prozessor 20' zur Ungleichförmigkeitskompensation oder NUC-Prozessor 20' läßt die Korrekturausdrücke auf das Eingangsbild einwirken und verwendet für die Errechnung der Korrekturausdrücke ein NUC-II-Filtersystem 24'. Wie bei der Ausführungsform von Fig. 3 wird von dem Sensor 10 das Eingangsbild 18 (fokussiert oder unscharf) aufgenommen. Die Korrekturausdrücke werden in dem Schritt 22 zu dem Eingangsbild hinzugegeben, um ein korrigiertes Ausgangsbild 30' zu erhalten. Die Korrekturausdrücke sind anfänglich Null und werden in derselben Weise zur Anwendung gebracht, wie dies oben für die Prozessor 20 beschrieben wurde. Das korrigierte Ausgangsbild gelangt sowohl zu dem Verfolgungssystem als auch zu dem NUC-II-Filtersystem 24'. Ein unterschiedlicher NUC-II-Filter wird für die fokussierten Bilder und für die unscharfen Bilder verwendet, wie dies weiter unten genauer ausgeführt wird. Das NUC- Filtersystem 24' aktualisiert die Korrekturausdrucke auf der Basis des korrigierten Ausgangsbildes 30'.
Fig. 12 verdeutlicht die Verarbeitung des fokussierten Bildes für das Filtersystem 24' von Fig. 11. Das fokussierte Eingangsbild 18A wird von dem Sensor empfangen und die Korrekturausdrücke 26' werden in dem Schritt 22 zur Einwirkung gebracht, so daß man das korrigierte fokussierte Bild 30' erhält, wie oben bereits gesagt wurde. Das Filtersystem 24' enthält einen Filter 24A' für das fokussierte Bild, welcher die Anwendung einer Anti-Mittelwert-Filterung 24C' in einem Schritt 24A1' auf das korrigierte fokussierte Bild vorsieht, um ein Anti-Mittelwertbild 30A' zu erhalten. Das Bild 30A' wird in einem Speicher für die 'Verwendung bei dem folgenden unscharfen Bild 18B gespeichert.
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, welches die Verarbeitung des unscharfen Bildes für das Filtersystem 24' von Fig. 11 illustriert. Das unscharfe Bild 18B wird von dem Sensor 10 empfangen und die Korrekturausdrücke 26' werden in dem Schritt 22 zur Einwirkung gebracht, um das korrigierte unscharfe Bild 30B' zu erhalten, wobei es sich hier um einen für Diagnosezwecke nutzbaren Ausgang handelt. Das Filtersystem 24' enthält einen Filter 24B' für die unscharfen Bilder, welcher die Anwendung derselben Anti-Mittelwertfilterung 24C' vorsieht, die in dem Filter 24A' für die fokussierten Bilder vorgesehen war, wobei diese Filterung nun auf die korrigierten unscharfen Bilder angewendet wird. Wenn die Anti-Mittelwertfilterung an dem korrigierten unscharfen Bild vorgenommen ist, wird der Ausgang mit dem Filterausgang verglichen, der von dem vorhergehenden fokussierten Bildformat gespeichert worden war, was über eine NUC-II-Vergleichsfunktion 24B2' geschieht, wie weiter unten genauer angegeben wird. Der Ausgang des Vergleichsvorganges liefert Fehlerausdrücke, die dazu dienen, die Korrekturausdrücke für das nächste eingegebene fokussierte Bild zu aktualisieren.
Die Fig. 14, 15A-15D und 16 erläutern die Anwendung der Anti-Mittelwert- Filterung 24C'. Das eingegebene Bild 18 hat eine Größe von n-Pixel · n-Pixel. Für jedes Pixel X in dem Bild wird die Summe von X und der entsprechenden Werte ihrer Nachbarpixel, wie durch die schattierten Bereiche in der Filtermaske angegeben, errechnet. Diese Summe wird α-getrimmt, indem der minimale und der maximale Pixelwert, welche in der Filtermaske enthalten sind, abgezogen wird. Der Mittelwert wird dann errechnet, indem die α-getrimmte Summe durch die Anzahl von Pixeln dividiert wird, die in der Summe verbleiben. Filtermaskenpixel außerhalb der Bildbegrenzung bleiben bei der Rechnung unbeachtet. Dies ist durch die Lage der 13-Pixel-Filtermaske in Fig. 14 dargestellt, welche die Startposition für die Anwendung auf das n · n-Bild zeigt. Da keine Werte für sieben der Pixel der Maske vorhanden sind, die außerhalb der Bildbegrenzung liegen, müssen sie in der Rechnung des Mittelwertes außer Betracht bleiben. Für diese Startposition der Filtermaske liegen nur sechs Pixel der Filtermaske auf dem Bild. Zwei werden als Minimum und Maximum bestimmt und unterliegen der α-Trimmung, und die verbleibenden vier Pixel werden zusammen ausgemittelt und bestimmen den Mittelwert. Wenn die Maske über das Bild wandert, werden sämtliche 13 Pixel der Maske innerhalb der Bildumgrenzung liegen und werden für die Rechnung verwendet. Es sei angemerkt, daß in der Ausführungsform der Anti-Mittelwertbildung nach Fig. 6 der Fall der Bildumgrenzungs-Randbedingung dadurch berücksichtigt wird, daß extra Maximalwerte (M) und Minimalwerte (m) rund um die äußere Umgrenzung des Bildes hinzugenommen werden. Dies kann bei der Anti-Mittelwertfilterung nicht gemacht werden, da die Maxialmalwerte (M) und die Minimalwerte (m) den Mittelwert belasten würden.
Der Anti-Mittelwert ist ein Maß dafür, wie sich ein Pixel von dem Mittelwert unterscheidet. Der Anti-Mittelwert wird errechnet, indem der Wert "X" des Pixel von dem Mittelwert folgendermaßen subtrahiert wird:
Anti-Mittelwert (Zeile, Spalte) = Mittelwert (Zeile, Spalte) - Pixel (Zeile, Spalte)
Es gibt zwei Filtermuster, welche für das NUC-II-Filtersystem 24 verwendet werden und welche in den Fig. 15A und 15B gezeigt sind. Die schattierten Bereiche stellen Pixel dar, die bei der Mittelwerterrechnung verwendet werden, wobei das mittlere Pixel mit einem "X" bezeichnet ist. Fig. 16 zeigt den zyklischen Austausch der Filtermuster für jedes aufeinanderfolgende Paar von fokussierten bzw. unscharfen Bildformaten.
Die Vergleicherfunktion 242B'enthält die folgenden Schritte:
Jeder Wert (Zeile, Spalte) des Anti-Mittelwert-Bildes (fokussiert) wird mit dem entsprechenden Wert des Anti-Mittelwert-Bildes (unscharf) folgendermaßen verglichen: Prüfung 1: Prüfe, ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem Anti-Mittelwert (fokussiert) und dem Anti-Mittelwert (unscharf) weniger als oder gleich 5 ist. Prüfung 2: Bestimme, ob der Absolutwert des Anti-Mittelwert (fokussiert) kleiner als der Absolutwert des Anti-Mittelwerts (unscharf) ist. Wenn die Prüfungen 1 und 2 positiv sind, dann wird der Fehlerausdruck auf den Anti-Mittelwert (fokussiert) eingestellt. Wenn die Prüfung 1 bestanden wird, jedoch die Prüfung 2 nicht bestanden wird, dann wird der Fehlerausdruck gleich dem Anti-Mittelwert (unscharf) eingestellt. Wenn die Prüfung 1 nicht bestanden wird, dann wird der Fehlerausdruck auf null eingestellt und die Prüfung 2 ist irrelevant.
Die Fehlerausdrücke dienen zum Aktualisieren der Korrekturausdrücke 26'. Fig. 17 zeigt schematisch das Aktualisieren der Korrekturausdrücke. Jeder Fehlerausdruck (Zeile, Spalte) wird mit einem Faktor (F) multipliziert, basierend auf seinem Betrag, und wird dann zu dem Korrekturausdruck (Zeile, Spalte) addiert, um die aktualisierten Korrekturausdrücke zu erhalten.
Der Faktor (F) wird folgendermaßen errechnet. Der Absolutwert des Fehlerausdrucks dient zur Bestimmung des Faktors (F), mit welchem der Fehlerausdruck zu multiplizieren ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Fehlerausdrücke einen Absolutwert im Bereich von null (0) bis einhundert haben. Wenn der Absolutwert des Fehlerausdrucks 0 oder 1 ist, dann wird der Faktor (F) auf 1 eingestellt. Wenn der Absolutwert des Fehlerausdruckes 2 bis 7 ist, dann wird der Faktor (F) auf 2 eingestellt. Wenn der Absolutwert des Fehlerausdruckes 8 bis 33 ist, dann wird der Faktor (F) auf 4 eingestellt. Wenn der Absolutwert des Fehlerausdruckes 34 oder darüber beträgt, dann wird der Faktor (F) auf 8 eingestellt. Nachdem die Korrekturausdrücke von höherer Präzision sind als das Bild, werden sie durch 8 dividiert, bevor sie zu dem Bild addiert werden. Ein Multiplikationsfaktor (F) von 1 ergibt also ein Korrektur von 1/8 des Fehlers, von 2 eine Korrektur von 2/8 oder ¹/&sub4;, ein Multiplikationsfaktor von 4 eine Korrektur von 4/8 oder ¹/&sub2;, und ein Multiplikationsfaktor von 8 eine Korrektur von 8/8 oder 1, was einer vollen Korrektur entspricht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, wie sie in dem System von Fig. 11 dargestellt ist, wird eine Störung eines festen Musters oder eine FPN-Störung aus der Fokalebenen-Abbildungsanordnung durch Vergleich des Ausganges eines Anti-Mittelwertfilters sowohl mit dem fokussierten Bild als auch mit dem optisch unscharfen Bild entfernt. Der, Vergleich wird in der Weise ausgeführt, daß Szenerie-Kunstgebilde nicht entstehen und ein feiner Szeneninhalt nicht zerstört wird. Auf Grund der Verwendung eines Anti-Mittelwertfilters wird eine Störung mit festem Muster auch in Gegenwart einer Abschattung entfernt. Eine Abschattung kann durch Optiken, durch blauen Himmel und/oder durch eine Erhitzung der Kuppel verursacht sein. Die Ausführungsform nach Fig. 3 schließt in Gegenwart einer Abschattung auf Grund der Verwendung einer Anti-Mittelwert-Filterung wirkungsmäßig ab, was Ränder innerhalb der Abschattungsgradienten konserviert.
Es versteht sich, daß die oben genannten Ausführungsformen nur Beispiele möglicher spezifischer Ausführungen sind, die Grundsätze der vorliegenden Erfindung wiedergeben. Andere Anordnungen können leicht entsprechend diesen Grundsätzen durch den Fachmann geschaffen werden, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird, wie er in den anliegenden Ansprüchen gezogen ist.

Claims

1. Anpassungsverfahren zur Beseitigung von Störungen mit festem Muster aus Fokalebenen-Abbildungsanordnungen (FPA), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Erzeugen von jeweiligen fokussierten bzw. unscharfen digitalen Versionen (18A, 18B) eines FPA-Bildes (18);

Einwirkenlassen (22) einer Gruppe von Korrekturausdrücken (26) auf die fokussierte Version des FPA-Bildes zur Erzeugung eines korrigierten, fokussierten FPA-Bildes;

Einwirkenlassen einer Filterung (24C) auf die korrigierte, fokussierte Version des FPA-Bildes zur Erzeugung eines gefilterten, fokussierten Bildes;

Einwirkenlassen der genannten Gruppe von Korrekturausdrücken auf die unscharfe Version des FPA-Bildes zur Erzeugung einer korrigierten unscharfen Version des FPA-Bildes;

Einwirkenlassen der genannten Filterung auf das korrigierte, unscharfe Bild zur Erzeugung eines gefilterten, unscharfen Bildes;

Errechnen von Festmuster-Störungsfehlern unter Verwendung des gefilterten, fokussierten Bildes und des gefilterten, unscharfen Bildes; und

Verwenden der Festmuster-Störungsfehler zur Aktualisierung der Korrekturausdrücke zur Verwendung bei der Verarbeitung eines nächsten FPA-Bildes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Filterung (24C) eine Filterung gegen einen Mittelwert umfaßt, welche für jedes Pixel in einem Bild einen entsprechenden Filterungswert gegenüber einem Mittelwert enthält, welcher ein Maß dafür ist, wie das Pixel von einem Mittelwert des Pixels und einer Gruppe von. Nachbarpixeln abweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Gruppe von Nachbarpixeln zwei Pixel auf gegenüberliegenden Seiten desjenigen Pixels umfaßt, dessen Filterungswert gegenüber dem Mittelwert zu errechnen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Errechnens der genannten Festmuster-Störfehler das Addieren von begrenzenden Reihen und Spalten von Pixelwerten von abwechselnd maximalen und minimalen Pixelwerten zu dem korrigierten Ausgangsbild umfaßt, um das genannte Ausgangsbild zu begrenzen und Umgrenzungsbedingunen zu berücksichtigen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt der Errechnung der Festmuster-Störungsfehler den Vergleich entsprechender Werte des fokussierten Bildes und des unscharfen Bildes, sowie die Errechnung eines entsprechenden Fehlerausdrucks in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung eine Filterung (24C') gegenüber einem Mittelwert umfaßt, welche für jedes Pixel in einem Bild einen entsprechenden Filterungswert gegenüber einem Mittelwert liefert, welcher ein Maß dafür ist, wie das betreffende Pixel sich von einem Mittelwert des Pixels und einer Gruppe von Nachbarpixeln unterscheidet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Gruppe von Nachbarpixeln eine solche Gruppe von Nachbarpixel umfaßt, bei welcher Pixel in der Gruppe mit maximalen und minimalen Werten von der Errechnung des genannten Mittelwertes ausgeschlossen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Errechnens der Festmuster-Störungsfehler das Vergleichen entsprechender Werte des fokussierten Bildes und des unscharfen Bildes, sowie die Errechnung eines entsprechenden Fehlerausdrucks in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis umfaßt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das FPA-Bild (18) ein Infrarotbild ist.

10. Adaptiver Sensor in einem Ungleichförmigkeits-Kompensationssystem zur Erzeugung eines korrigierten Ausgangsbildes aus einem Bild einer Fokalebenen- Abbildungsanordnung (FPA), wobei die Störungen mit festem Muster in der Fokalebenen-Abbildungsanordnung (FPA) kompensiert worden sind und wobei der Sensor folgendes enthält:

eine zu einem Sensor (10) gehörige Sensoroptik (12), eine Fokalebenen-Anordnung (14) von Infrarotdetektoren zur Erzeugung von FPA-Bildern, sowie eine Analog-/Digital-Umformereinrichtung (16) zur Umwandlung der FPA-Bilder in digitalisierte FPA-Bilder, welche eine Gruppe von Pixelwerten umfassen, wobei die Sensoroptik so ausgebildet ist, daß sie fokussierte und unscharfe Versionen des Bildes liefert;

einen adaptiven Ungleichförmigkeits-Kompensationsprozessor (20) zum Kompensieren von Ungleichförmigkeiten der Empfindlichkeiten der Infrarotdetektoren gegenüber Infrarotstrahlung, wobei der Prozessor jeden Pixelwert im Sinne einer Kompensation unterschiedlicher Empfindlichkeit des jeweiligen Detektors in der FPA-Anordnung einstellt und ein korrigiertes Ausgangsbild liefert, und wobei der Prozessor folgendes enthält:

erste Mittel (22) zum Einwirkenlassen einer Gruppe von Korrekturausdrücken (26) auf eine fokussierte Version (18A) des FPA-Bildes zur Erzeugung eines korrigierten, fokussierten FPA-Bildes (30);

ein erstes Filtersystem (24A) zur Vornahme einer Filterung (24C) an der korrigierten, fokussierten Version des FPA-Bildes zur Erzeugung eines gefilterten, fokussierten Bildes;

zweite Mittel zum Einwirkenlassen der genannten Gruppe von Korrekturausdrücken auf die unscharfe Version des FPA-Bildes zur Erzeugung einer korrigierten, unscharfen Version des FPA-Bildes;

ein zweites Filtersystem (24B) zur Vornahme einer Filterung an dem korrigierten, unscharfen Bild zur Erzeugung eines gefilterten, unscharfen Bildes;

dritte Mittel zur Errechnung von Festmuster-Störungsfehlern unter Verwendung des gefilterten, fokussierten Bildes und des gefilterten, unscharfen Bildes; und

vierte Mittel zur Verwendung der genannten Festmuster-Störungsfehler zur Aktualisierung der Korrekturausdrücke für die Verwendung bei der Verarbeitung des nächsten FPA-Bildes.

11. System nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Filterung (24) eine Filterung (24C) gegenüber einem Mittelwert umfaßt, welche für jedes Pixel in einem Bild einen entsprechenden Wert gegenüber einem Mittelwert liefert, der ein Maß dafür ist, wie das Pixel sich von einem Mittelwert dieses Pixels und einer Gruppe von Nachbarpixeln unterscheidet.

12. System nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Filterung eine Filterung (24C') gegenüber einem Mittelwert umfaßt, welche für jedes Pixel in einem Bild einen entsprechenden Wert gegenüber einem Mittelwert liefert, der ein Maß dafür ist, wie sich das betreffende Pixel von einem Mittelwert dieses Pixel und einer Gruppe von Nachbarpixeln unterscheidet.