一种基于温度替代的两点校正方法及系统

1.本发明涉及红外图像处理技术领域，特别是涉及一种基于温度替代的两点校正方法及系统。


背景技术：

2.红外热成像运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值。红外热成像技术使人类超越了视觉障碍，由此人们可以看到物体表面的温度分布状况。
3.物体表面温度如果超过绝对零度即会辐射出电磁波，随着温度变化，电磁波的辐射强度与波长分布特性也随之改变，波长介于0.75μm到1000μm间的电磁波称为“红外线”，而人类视觉可见的“可见光”介于0.4μm到0.75μm。
4.其中波长为0.78～2.0μm的部分称为近红外，波长为2.0～1000μm的部分称为热红外线。红外线在地表传送时，会受到大气组成物质(特别是h2o、co2、ch4、n2o、o3等)的吸收，强度明显下降，仅在短波3μm～5μm及长波8～12μm的两个波段有较好的穿透率(transmission)，通称大气窗口(atmosphericwindow)，大部分的红外热像仪就是针对这两个波段进行检测，计算并显示物体的表面温度分布。此外，由于红外线对极大部分的固体及液体物质的穿透能力极差，因此红外热成像检测是以测量物体表面的红外线辐射能量为主。
5.原始的红外图像普遍存在非均匀性大、对比度低、分辨率差等问题，大大降低了红外成像系统在实际应用中成像的质量。非均匀性指的是焦平面阵列在外界均匀光强照射时，各单元的输出不一致，在图像上表现为空间噪声或固定图案噪声。基于两点的红外图像非均匀性校正是一种基于定标的校正算法，两点校正法是最早开展研究、最为成熟的算法之一。应用两点法校正有两个前提条件，第一，探测器的响应在所关注的温度范围内是线性变化的，第二，探测器的响应具有时间的稳定性，并且其受随机噪声的影响较小，则非均匀性引入固定模式的乘性和加性噪声。
6.基于定标非均匀校正通常需要事先获得校正所需要的定标系数，然后在校正实现过程中读取这些数据作相应的处理，但不能自适应跟踪探测元响应特性的漂移。当漂移很大时，需要重新定标来更新校正系数，通常采用挡片校正来更新两点参数。但现有非均匀性校正存在如下问题：只用挡片数据会因温度变化容易引起图像质量恶化。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种基于温度替代的两点校正方法及系统，能够改善因温度变化容易引起图像质量恶化，扩大机芯系统的应用范围，提高图像质量。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.一种基于温度替代的两点校正方法，包括：
10.获取处于热平衡态下的红外热像仪的镜头温度；
11.获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第一黑体的灰度值；所述第一黑体的温度等于所述镜头温度；
12.获取挡片的灰度值；所述挡片设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器之间；
13.根据第一两点校正参数对所述第一黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第一均匀灰度值；根据第一两点校正参数对所述挡片的灰度值进行校正，得到校正后的第二均匀灰度值；
14.根据所述第一黑体的灰度值、所述第一均匀灰度值、所述挡片的灰度值和所述第二均匀灰度值得到第一校正参数；
15.获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第二黑体的灰度值；所述第二黑体的温度高于所述镜头温度的值为预设温度值；
16.根据第二两点校正参数对所述第二黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第三均匀灰度值；
17.根据所述第一黑体的灰度值、第一均匀灰度值、所述第二黑体的灰度值和所述第三均匀灰度值得到第二校正参数；
18.根据所述第一校正参数、所述第二校正参数、所述第一均匀灰度值和所述第二均匀灰度值对待校正的灰度进行校正，得到校正后的灰度。
19.优选地，在所述获取处于热平衡态下的红外热像仪的镜头温度之前还包括：
20.对所述红外热像仪的机芯进行预设时间段的热机，使得所述红外热像仪处于热平衡态。
21.优选地，所述根据第一两点校正参数对所述第一黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第一均匀灰度值；对所述挡片的灰度值进行校正，得到校正后的第二均匀灰度值，具体为：
[0022][0023]
其中，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为第一校正参数，b1为第一校正参量。
[0024]
优选地，所述根据所述第一黑体的灰度值、所述第一均匀灰度值、所述挡片的灰度值和所述第二均匀灰度值得到第一校正参数，具体为：
[0025]
a1＝(y
b
‑
y
x1
)/(b
‑
x1)
[0026]
其中，a1为第一校正参数，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值。
[0027]
优选地，所述根据第二两点校正参数对所述第二黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第三均匀灰度值，具体为：
[0028]
y
x2
＝a2·
x2+b2[0029]
其中，a2为第二校正参数，x2为所述第二黑体的灰度值，y
x2
为所述第三均匀灰度值，b2为第二校正参量。
[0030]
优选地，所述根据所述第一黑体的灰度值、第一均匀灰度值，、所述第二黑体的灰度值和所述第三均匀灰度值得到第二校正参数，具体为：
[0031]
a2＝(y
x2
‑
y
x1
)/(x2‑
x1)
[0032]
其中，a2为第二校正参数，y
x1
为所述第一均匀灰度值，x1为所述第一黑体的灰度值，x2为所述第二黑体的灰度值，y
x2
为所述第三均匀灰度值。
[0033]
优选地，所述根据所述第一校正参数、所述第二校正参数、所述第一均匀灰度值和所述第二均匀灰度值对待校正的灰度进行校正，得到校正后的灰度，具体为：
[0034]
y＝a2·
(x
‑
b+(y
b
‑
y
x1
)/a1)
[0035]
其中，y
b
‑
y
x1
为所述第二均匀灰度值与所述第一均匀灰度值的差值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为所述第一校正参数，a2为所述第二校正参数，b为所述挡片的灰度值，x为待校正的灰度，y为校正后的灰度。
[0036]
优选地，所述差值的计算方法包括：
[0037]
获取当前镜头温度和当前挡片温度；
[0038]
由预先存储的拟合函数，根据公式y
b
‑
y
x1
＝f(t
j
‑
t
b
)计算所述差值，其中，t
j
为所述当前镜头温度，t
b
为所述当前挡片温度，f为所述拟合函数；
[0039]
所述拟合函数的确定方法为：
[0040]
在所述红外热像仪进行热机的过程中，多次采集拟合数据；所述拟合数据包括所述挡片的灰度值、所述第一黑体的灰度值、所述镜头的温度和所述挡片的温度；
[0041]
根据多组所述拟合数据进行拟合，得到拟合函数。
[0042]
一种基于温度替代的两点校正系统，包括：
[0043]
温度采集模块，用于获取处于热平衡态下的红外热像仪的镜头温度；
[0044]
第一灰度获取模块，用于获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第一黑体的灰度值；所述第一黑体的温度等于所述镜头温度；
[0045]
第二灰度获取模块，用于获取挡片的灰度值；所述挡片设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器之间；
[0046]
第一校正模块，用于根据第一两点校正参数对所述第一黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第一均匀灰度值；还用于根据第一两点校正参数对所述挡片的灰度值进行校正，得到校正后的第二均匀灰度值；
[0047]
第一参数获取模块，用于根据所述第一黑体的灰度值、所述第一均匀灰度值、所述挡片的灰度值和所述第二均匀灰度值得到第一校正参数；
[0048]
第三灰度获取模块，用于获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第二黑体的灰度值；所述第二黑体的温度高于所述镜头温度的值为预设温度值；
[0049]
第二校正模块，用于根据第二两点校正参数对所述第二黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第三均匀灰度值；
[0050]
第二参数获取模块，用于根据所述第一黑体的灰度值、第一均匀灰度值、所述第二黑体的灰度值和所述第三均匀灰度值得到第二校正参数；
[0051]
计算模块，用于根据所述第一校正参数、所述第二校正参数、所述第一均匀灰度值和所述第二均匀灰度值对待校正的灰度进行校正，得到校正后的灰度。
[0052]
优选地，所述第一校正模块具体为：
[0053]
[0054]
其中，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为第一校正参数，b1为第一校正参量。
[0055]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0056]
本发明提供一种基于温度替代的两点校正方法及系统，在镜头外面放置一个和镜头温度相关的黑体，将第一黑体设置在所述红外热像仪的镜头前，采集所述第一黑体的灰度值；所述第一黑体的温度等于所述镜头温度；将第二黑体设置在所述红外热像仪的镜头前，采集所述第二黑体的灰度值；所述第二黑体的温度高于所述镜头温度，通过和温度相关的黑体计算得到的两个校正参数适用性强，排除了因温度变化引起的图像质量恶化的问题，极大地消除了因非均匀性带来的锅盖现象，从而精准的计算出校正后的灰度值。
附图说明
[0057]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0058]
图1为本发明基于温度替代的两点校正方法的流程图；
[0059]
图2为本发明实施例中获取第一校正参数的流程图；
[0060]
图3为本发明实施例中获取第二校正参数的流程图；
[0061]
图4为本发明实施例中获取校正公式的流程图；
[0062]
图5为本发明基于温度替代的两点校正系统的模块结构图。
具体实施方式
[0063]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064]
本发明的目的是提供一种基于温度替代的两点校正方法及系统，能够改善因温度变化容易引起图像质量恶化，扩大机芯系统的应用范围，提高图像质量。
[0065]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0066]
图1为本发明基于温度替代的两点校正方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
[0067]
步骤100：获取处于热平衡态下的红外热像仪的镜头温度。
[0068]
步骤200：获取挡片的灰度值；所述挡片设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器之间。
[0069]
步骤300：获取设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器中间的挡片的灰度值。
[0070]
步骤400：根据第一两点校正参数对所述第一黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第一均匀灰度值；根据第一两点校正参数对所述挡片的灰度值进行校正，得到校正后的第二均匀灰度值。
[0071]
步骤500：根据所述第一黑体的灰度值、所述第一均匀灰度值、所述挡片的灰度值和所述第二均匀灰度值得到第一校正参数。
[0072]
步骤600：获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第二黑体的灰度值；所述第二黑体的温度高于所述镜头温度的值为预设温度值。
[0073]
步骤700：根据第二两点校正参数对所述第二黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第三均匀灰度值。
[0074]
步骤800：根据所述第一黑体的灰度值、第一均匀灰度值、所述第二黑体的灰度值和所述第三均匀灰度值得到第二校正参数。
[0075]
步骤900：根据所述第一校正参数、所述第二校正参数、所述第一均匀灰度值和所述第二均匀灰度值对待校正的灰度进行校正，得到校正后的灰度。
[0076]
优选地，在所述步骤100之前还包括：
[0077]
对所述红外热像仪的机芯进行预设时间段的热机，使得所述红外热像仪处于热平衡态。
[0078]
具体的，步骤100中将待处理的红外热像仪的机芯热机三十分钟以上，达到热平衡状态。
[0079]
作为一种可选的实施方式，步骤200获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第一黑体的灰度值，所述第一黑体的温度等于所述镜头温度中的第一黑体还可以通过调整镜头将成像调整成虚焦状态实现，所述第一黑体的灰度值为虚焦状态下镜头的灰度值，而所述第一黑体的温度即为镜头温度。
[0080]
优选地，步骤400具体为：
[0081][0082]
其中，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为第一校正参数，b1为第一校正参量。a1和b1为第一两点校正参数，其物理意义是镜头内部目标的两点校正参数，对挡板和镜头适用。
[0083]
具体的，同时，x1只获取一次。而y
b
‑
y
x1
的值通过同时采集镜头温度t
j
和挡片温度t
b
，通过拟合的方法得到。得到a1后，其值不变，在求x1值时多次使用。
[0084]
优选地，步骤500具体为：
[0085]
a1＝(y
b
‑
y
x1
)/(b
‑
x1)
[0086]
其中，a1为第一校正参数，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值。
[0087]
图2为本发明实施例中获取第一校正参数的流程图，第一校正参数的具体得到方式如图2所示。
[0088]
可选地，步骤600中预设温度值为一个经验数值，一般为15～50度，在本实施例中，此数值为20度，可能不同的探测器要求的温度会有点不同，国标上一般是15度的差别。
[0089]
优选地，步骤700具体为：
[0090]
y
x2
＝a2·
x2+b2[0091]
其中，a2为第二校正参数，x2为所述第二黑体的灰度值，y
x2
为所述第三均匀灰度值，b2为第二校正参量；a2和b2为第二两点校正参数，其物理意义是镜头内部目标的两点校
正参数，对挡板和镜头适用。
[0092]
优选地，步骤800具体为：
[0093]
a2＝(y
x2
‑
y
x1
)/(x2‑
x1)
[0094]
其中，a2为第二校正参数，y
x1
为所述第一均匀灰度值，x1为所述第一黑体的灰度值，x2为所述第二黑体的灰度值，y
x2
为所述第三均匀灰度值。
[0095]
图3为本发明实施例中获取第二校正参数的流程图，第二校正参数的具体得到方式如图3所示。
[0096]
具体的，步骤800中通过联立两个公式的方式，可以直接得到第二校正参数的具体计算公式：
[0097]
y
x1
＝a2·
x1+b2；
[0098]
y
x2
＝a2·
x2+b2；
[0099]
联立这两个方程式，能够得到第二校正参数的具体计算公式
[0100]
a2＝(y
x2
‑
y
x1
)/(x2‑
x1)。
[0101]
优选地，步骤900具体为：
[0102]
y＝a2·
(x
‑
b+(y
b
‑
y
x1
)/a1)
[0103]
其中，y
b
‑
y
x1
为所述第二均匀灰度值与所述第一均匀灰度值的差值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为所述第一校正参数，a2为所述第二校正参数，b为所述挡片的灰度值，x为待校正的灰度，y为校正后的待校正的灰度。
[0104]
优选地，所述差值的计算方法包括：
[0105]
获取当前镜头温度和当前挡片温度；
[0106]
由预先存储的拟合函数，根据公式y
b
‑
y
x1
＝f(t
j
‑
t
b
)计算所述差值，其中，t
j
为所述当前镜头温度，t
b
为所述当前挡片温度，f为所述拟合函数；
[0107]
所述拟合函数的确定方法为：
[0108]
在所述红外热像仪进行热机的过程中，多次采集拟合数据；所述拟合数据包括所述挡片的灰度值、所述第一黑体的灰度值、所述镜头的温度和所述挡片的温度；
[0109]
根据多组所述拟合数据进行拟合，得到拟合函数。
[0110]
图4为本发明实施例中获取校正公式的流程图，如图4所示，获得最终的图像非均匀性校正公式具体如下。
[0111]
第一步：最终成像用的灰度公式为：
[0112]
y＝a2·
(x
‑
x1)
[0113]
其中x为待校正的灰度，所述待校正的灰度为任意外界灰度，y是校正后的灰度。
[0114]
第二步：根据得到第一校正参数的计算公式可以得到
[0115]
x1＝b
‑
((y
b
‑
y
x1
)/a1)
[0116]
其中，y
b
‑
y
x1
为均匀均匀矩阵，该矩阵与挡板温度和镜头温度的差有关。通过从机芯冷机到热机，多次采集挡板灰度和与镜头同温度的黑体灰度，同时采集镜头温度t
j
和挡片温度t
b
。通过拟合的方法得到
[0117]
第三步：根据得到第二校正参数的公式和得到第一校正参数的计算公式，可以得到y：
[0118]
y＝a2·
(x
‑
b+(y
b
‑
y
x1
)/a1)
[0119]
所述第三步的具体操作为下：
[0120]
y
b
‑
y
x1
＝f(t
j
‑
t
b
)
[0121]
f为拟合函数。从而得到最终的公式如下：
[0122]
y＝a2·
(x
‑
b+f(t
j
‑
t
b
)/a1)
[0123]
对于上述公式，其中的a1由得到第一校正参数的计算公式求得，可多次重复使用。y
b
‑
y
x1
通过拟合的方法得到实时数据，b通过打挡片获得。这样就得到了想要的x1。
[0124]
图5为本发明基于温度替代的两点校正系统的模块结构图，如图5所示，本发明还提供一种基于温度替代的两点校正系统，包括：
[0125]
温度采集模块，用于获取处于热平衡态下的红外热像仪的镜头温度；
[0126]
第一灰度获取模块，用于获取挡片的灰度值；所述挡片设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器之间；
[0127]
第二灰度获取模块，用于获取设置在所述红外热像仪的镜头和所述红外热像仪的探测器中间的挡片的灰度值；
[0128]
第一校正模块，用于根据第一两点校正参数对所述第一黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第一均匀灰度值；还用于根据第一两点校正参数对所述挡片的灰度值进行校正，得到校正后的第二均匀灰度值；
[0129]
第一参数获取模块，用于根据所述第一黑体的灰度值、所述第一均匀灰度值、所述挡片的灰度值和所述第二均匀灰度值得到第一校正参数；
[0130]
第三灰度获取模块，用于获取设置在所述红外热像仪的镜头前的第二黑体的灰度值；所述第二黑体的温度高于所述镜头温度的值为预设温度值；
[0131]
第二校正模块，用于根据第二两点校正参数对所述第二黑体的灰度值进行校正，得到校正后的第三均匀灰度值；
[0132]
第二参数获取模块，用于根据所述第一黑体的灰度值、第一均匀灰度值、所述第二黑体的灰度值和所述第三均匀灰度值得到第二校正参数；
[0133]
计算模块，用于根据所述第一校正参数、所述第二校正参数、所述第一均匀灰度值和所述第二均匀灰度值对待校正的灰度进行校正，得到校正后的灰度。
[0134]
优选地，所述第一校正模块具体为：
[0135][0136]
其中，x1为所述第一黑体的灰度值，b为所述挡片的灰度值，y
x1
为所述第一均匀灰度值，y
b
为所述第二均匀灰度值，a1为第一校正参数，b1为第一校正参量。
[0137]
本发明的有益效果如下：
[0138]
(1)在带有挡片的红外机芯上，经典的两点校正公式y＝y
x
‑
y
b
＝a(x
‑
b)中，a对x和b不完全适用，本发明解决了校正参数a1对目标和挡片不完全适用的问题，极大地消除了因非均匀性带来的锅盖现象。从而能够改善因温度变化容易引起图像质量恶化，扩大机芯系统的应用范围，提高图像质量。
[0139]
(2)在新的两点校正公式y＝a2·
(x
‑
x1)中，x1是过调整镜头将成像调整成虚焦状态或者在镜头外面放置一个和镜头温度相关的黑体，采集其数据得到的。这样的x1既适用于a1也适用于a2。
[0140]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0141]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。