基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀性校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀性校正方法，它包括两点线性非均匀校正和基于目标、环境的二元非线性非均匀校正；其中两点线性非均匀校正包括以下子步骤：使焦平面通过光学系统与平面黑体源对准；计算每一探测元在高、低温下的响应平均值及所有探测元的响应平均值；计算每一探测元的校正增益和偏移量，分别存储在查找表内，以供校正时取用；根据查找表(LUT)内的增益和偏移量系数，对红外图像进行校正。本发明可以比较全面的描述焦平面探测器的响应特性，并且充分考虑资源开销、功耗和应用场合对精度的不同需求，能够有效提高红外热像仪的成像质量，降低焦平面非均匀性。
【专利说明】基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均 匀性校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非均匀校正方法，尤其涉及一种基于两点线性和目标、环境的二 元非线性红外探测器非均匀性校正方法。
【背景技术】
[0002] 由于制造过程中的差异，非制冷红外焦平面阵列（Focal Plane Array,简称FPA) 探测器中的每个探测元的光谱响应特性存在差异，称其为非均匀性。非均匀性表现为探测 器输出图像中叠加在场景上的固定图案噪声（Fixed Pattern Noise，简称FPN)。该噪声严 重影响图像质量，不利于目标检测、识别等应用，需要通过校正进行抑制甚至消除。由于非 均匀性随时间以及环境条件的变化而漂移，仅在使用前进行一次基于标准黑体的标定是不 够的。但在使用过程中周期性进行基于黑体的标定不但需要中断工作状态，而且需要额外 的光学、机械设备。基于场景的方法可利用图像中的场景或目标运动实现非均匀性校正，不 需要额外设备，不需要中断工作状态，因而得到广泛研究与应用。
[0003] 近年来，NUC技术得到很大的发展，大致可以分为两类，一类是基于参考辐射源的 校正算法，如两点或多点校正技术，他们需要已知的参考辐射校正源，而且在实际系统中， 为了降低探测器相应特性漂移对校正效果的影响，需要对系统进行周期性的重复定标，这 就相应的增加了系统的复杂性，并影响了系统的正常工作，降低了系统的可靠性，但该方法 是一种较成熟的非均匀性校正算法，最大优点就是算法实现的简单性，易于在实时系统中 实现。
[0004] 另一类是基于场景的校正算法，是利用不同的现代信号理论建立的一类算法，如 常数统计、时间高通滤波器技术、卡尔曼滤波算法等；基于场景的NUC算法利用场景中的信 息来获得校正参数，因而可在不同程度上消除参数特性漂移对NUC性能的影响，是目前校 正算法发展的趋势。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以比较全面的描述焦平面探 测器的响应特性，并且充分考虑资源开销、功耗和应用场合对精度的不同需求，能够有效提 高红外热像仪的成像质量，降低焦平面非均匀性的基于两点线性和目标、环境的二元非线 性红外探测器非均匀性校正方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0007] 基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀性校正方法，它包括 两点线性非均匀校正和基于目标、环境的二元非线性非均匀校正；其中两点线性非均匀校 正包括以下子步骤：
[0008] S11 :使焦平面通过光学系统与平面黑体源对准，黑体辐射均匀照射在红外焦平面 阵列上，并充满焦平面的整个视场；
[0009] S12 :控制黑体辐射源的温度在TL ;
[0010] S13 :测量焦平面每个探测元的响应值yu( Φ L)，该测量值在一个预先设定的曝光 时间内完成，响应值存储在第一存储单元；
[0011] S14:重复步骤S13,在大量设定的时间内完成大量的测试数据，重复次数为8?10 次；
[0012] S15 :计算每个探测元在TL下的响应平均值％ (么）. *
[0013] S16 :计算所有探测元的响应值的平均值八；
[0014] S17 :设置黑体辐射源的温度在TH，且TL〈TH ;
[0015] S18 :重复步骤S13?S16,计算每一探测元在温度ΤΗ下的响应平均值巧(仏)及所 有探测元的响应平均值VH;
[0016] S19 :计算每一探测元的校正增益Gy.和偏移量〇υ，分别存储在查找表（LUT)内，以 供校正时取用；
[0017] S110 :根据查找表（LUT)内的增益和偏移量系数，对红外图像进行校正，得到校正 后输出yij(n);
[0018] 基于目标、环境的二元非线性非均匀校正包括以下子步骤：
[0019] S21 :使红外焦平面探测器通过光学系统与平面黑体源对准，黑体辐射均匀照射在 红外焦平面探测器阵列上，并充满红外焦平面探测器的整个视场，并将黑体辐射源的温度 控制在某一温度定标点上；
[0020] S22:在一个温度范围内的八个定标点温度条件下，很到八组红外焦平面探测器的 各个探测单元的响应值；
[0021] S23:在每一定标温度点上对于整个红外焦平面探测器的所有探测单元的响应值 进行平均，获得其在八个温度定标点处的八个平均响应值；
[0022] S24 :对前两步获得的8组定标点响应数据和平均响应值进行最小二乘曲线拟合， 获得每个探测单元的校正参数e、g、h,并将这些校正参数保存；
[0023] S25 :最后对需要进行校正的图像数据带入校正函数Z' = eZ2+gZ+h，进行非线性非 均匀性校正输出。
[0024] 所述步骤S19中每一探测元的校正增益的计算公式为：
[0025]
【权利要求】
1. 基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀性校正方法，其特征在 于：它包括两点线性非均匀校正和基于目标、环境的二元非线性非均匀校正两个步骤；其 中，两点线性非均匀校正包括以下子步骤： 511 :使焦平面通过光学系统与平面黑体源对准，黑体辐射均匀照射在红外焦平面阵列 上，并充满焦平面的整个视场； 512 :控制黑体辐射源的温度在TL ; 513 :测量焦平面每个探测元的响应值yu( (K)，该测量值在一个预先设定的曝光时间 内完成，响应值存储在第一存储单元； 514 :重复步骤S13,在大量设定的时间内完成大量的测试数据，重复次数为8?10次； S15:计算每个探测元在TL下的响应平均值巧（(K); 516 :计算所有探测元的响应值的平均值' ; 517 :设置黑体辐射源的温度在TH，且TL〈TH ; S18:重复步骤S13?S16,计算每一探测元在温度ΤΗ下的响应平均值又_, (ΦΗ)及所有 探测元的响应平均值VH; S19 :计算每一探测元的校正增益Gy和偏移量Om分别存储在查找表（LUT)内，以供校 正时取用； S110:根据查找表（LUT)内的增益和偏移量系数，对红外图像进行校正，得到校正后输 出 yij (η); 基于目标、环境的二元非线性非均匀校正包括以下子步骤： 521 :使红外焦平面探测器通过光学系统与平面黑体源对准，黑体辐射均匀照射在红外 焦平面探测器阵列上，并充满红外焦平面探测器的整个视场，并将黑体辐射源的温度控制 在某一温度定标点上； 522 :在一个温度范围内的八个定标点温度条件下，很到八组红外焦平面探测器的各个 探测单元的响应值； 523 :在每一定标温度点上对于整个红外焦平面探测器的所有探测单元的响应值进行 平均，获得其在八个温度定标点处的八个平均响应值； 524 :对前两步获得的8组定标点响应数据和平均响应值进行最小二乘曲线拟合，获得 每个探测单元的校正参数e、g、h,并将这些校正参数保存； 525 :最后对需要进行校正的图像数据带入校正函数Z' = eZ2+gZ+h，进行非线性非均匀 性校正输出。
2. 根据权利要求1所述的基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀 性校正方法，其特征在于：所述步骤S19中每一探测元的校正增益匕」的计算公式为：
3. 根据权利要求1所述的基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀 性校正方法，其特征在于：所述步骤S19中每一探测元的偏移量的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的基于两点线性和目标、环境的二元非线性红外探测器非均匀 性校正方法，其特征在于：所述步骤S110中的输出为： Yij (n) = G^· (η) χ^· (η) +0^· (η)； Xij(n)为η时刻像素（i, j)非均匀性校正前的输出，yuOi)为η时刻像素（i, j)两点 非均匀性校正后的输出。
【文档编号】G01J5/00GK104251742SQ201410526400
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】曾衡东 申请人:成都市晶林科技有限公司