一种降低EBCMOS增益图像光晕的方法

本发明涉及一种改善图像光晕的方法，具体涉及一种降低ebcmos增益图像光晕的方法。

背景技术：

1、微光夜视技术中，国外已经研制出第五代微光夜视仪，国内微光遥感成像技术尚处于起步阶段，我国微光夜视技术仍在“超二代”(介于二代和三代之间)水平，严重滞后于国外。常见探测器存在问题：iccd分辨力不高、emccd动态范围小、scmos无增益，但电子轰击互补金属氧化物半导体(ebcmos，electron bombarded complementary metal oxidesemiconductor)能解决上述问题满足领域的应用需求。

2、ebcmos是利用光阴极产生的光电子加速轰击半导体材料来实现增益放大，在ebcmos工作过程中，加速的高能电子轰击cmos图像传感器并深入半导体材料体内，与体内原子发生一系列的散射碰撞，进而产生大量的电子空穴对，增益产生大量的二次倍增电子被直接转换为数字图像输出。

3、ebcmos器件在结构上主要包括光电阴极、cmos阳极、真空倍增极三部分，如图1所示，其中cmos芯片由多个结区阳极组成，从阴极发出的电子经过高压加速，轰击到硅片产生大量二次电子，一部分二次电子直接进入芯片结区内被接收，一部分被结区壁吸收，一部分碰撞到结区壁发生弹性散射。发生弹性散射的电子被弹回时，由于si片与阴极之间的电场作用而被拉回到si片表面，在si片表面形成一个散射圆，就是电子光晕。若入射光较弱，则从阴极出射的电子较少，那么散射返回的电子较少，从而弥散斑较小，几乎不影响图像分辨率。但若入射光较强或场景中存在局部强光，则散射电子数量较多，产生电子溢出问题，从而形成一个较大的电子光晕，影响成像质量。

4、由于ebcmos探测器取消了荧光屏结构，利用倍增的电子直接成像，对目标成像的光晕弥散现象比光学成像更为严重。为优化提高ebcmos成像质量，有必要对其产生的光晕现象进行分析，研究降低光晕的方法。ebcmos器件成像光晕现象是极易出现并难以解决的问题，近年来国内外学者逐步开展对光晕效应的研究，如四川大学张行等人主要从时序方面抑制灯光拖影问题，在明暗亮度反差大的情况下对ccd长曝光时间时成像光晕现象进行分析，通过改变成像像素转移驱动时序，改善强光光晕现象，此方法是从驱动内部着手，改善程度有限，对于弱光条件下的局部强光拖影改善效果不佳(张行,应三丛.数字摄像机像素驱动时序的抗光晕技术[j].微型机与应用,2010,029(014):40-42.)。长春光机所曲杨主要通过设计cmos硬件结构如增加抗晕漏极等实现去光晕，这种硬件上的设计实现难度大，改善程度有限，难以有很大的突破和很好的效果(曲杨.低噪声抗光晕tdi-cmos图像传感器设计[d].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2020.)。此外，j.t.paul等人对夜视镜中的光晕实际测量，测量不同辐照度点光源的“阈值”光斑宽度和轮廓的实验，并没有涉及光晕的消除方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有ebcmos探测器件成像产生的光晕难以改善的技术问题，而提供一种降低ebcmos增益图像光晕的方法。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、1)对图像进行采样得到电子群；

5、1.1)读入仿真图像；设置仿真参数；

6、1.2)对图像进行采样；每个像素作为一个采样点；

7、1.3)每个采样点按照泊松分布规律向外辐射光子；

8、1.4)探测系统接收采样点辐射的光子，并将光子转变成电子，获得电子群；

9、2)特征识别

10、2.1)识别系统识别各采样点的电子群，并将电子群分离成多个h×f像素大小的小簇，h、f均为正整数；

11、2.2)采用类间方差法，确定分割光晕与目标的光晕簇b，光晕簇b的灰度均值为b；

12、3)采用全局自动阈值比较法，将小簇的灰度均值与光晕簇b的灰度均值b进行第一级比较，过滤掉光晕簇，留下目标簇等待第二级比较；

13、4)利用粒子群算法，对过滤掉光晕簇的目标簇进行第二级比较，消除背向散射簇；

14、5)输出优化后的小簇，重构出低光晕的目标图像。

15、进一步地，步骤2.2)中，所述光晕簇b的计算方法为：类间方差g的最大值对应的簇为光晕簇b，类间方差g的计算公式为：

16、g＝ω0(μ0-μ)2+ω1(μ1-μ)2

17、其中，ω0＝n0/m×n，ω1＝n1/m×n；

18、g为类间方差，

19、ω0为图像中目标的像素点数占整幅图像的比例；

20、μ0为图像中目标的平均灰度；

21、ω1为图像光晕像素点数占整幅图像的比例；

22、μ1为图像光晕平均灰度；

23、μ为图像的总平均灰度；

24、n0为图像中像素的灰度值小于光晕簇b的灰度均值b的像素个数；

25、n1为图像中像素灰度大于等于光晕簇b的灰度均值b的像素个数；

26、m×n为图像的大小。

27、进一步地，所述步骤3)具体为：

28、将每一个小簇a(i)的灰度均值a(i)与光晕簇b的灰度均值b对比，按以下公式进行筛选，留下a(i)小于b的小簇c(i)作为目标簇；

29、

30、进一步地，步骤1.4)中，如果探测系统未接收到某个采样点的光子，则该采样点继续向外辐射光子，直至探测系统接收到采样点的光子。

31、进一步地，步骤4)中，所述粒子群算法的优化特征为小簇的最大灰度值。

32、本发明的有益效果：

33、1、本发明针对ebcmos器件成像过程中极易出现的光晕现象进行分析，提供了一种光晕去除方法：利用泊松分布规律得到随机电子仿真ebcmos采集目标图像后产生的随机电子群，再通过特征识别、全局自动阈值比较法与粒子群算法结合的二级比较系统处理，去除了类似光晕的电子群，输出了无光晕的目标图像，改善了ebcmos的成像效果。

34、2、本发明采用后端抑制光晕的方法，该方法实现难度小，成本低，对ebcmos器件成像光晕现象改善有明显效果，对ebcmos器件应用有重要指导意义。

技术特征：

1.一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特征在于，步骤2.2)中，所述光晕簇b的计算方法为：类间方差g的最大值对应的簇为光晕簇b，类间方差g的计算公式为：

3.根据权利要求2所述的一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

4.根据权利要求3所述的一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种降低ebcmos增益图像光晕的方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种图像质量改善方法，具体涉及一种降低EBCMOS增益图像光晕的方法。解决了现有EBCMOS探测器件成像产生的光晕难以改善的技术问题。本发明方法包括以下步骤：1)对图像进行采样得到电子群；2)特征识别；2.1)识别系统将各采样点的电子群识别并分离成多个H×F像素大小的小簇；2.2)采用类间方差法，确定分割光晕与目标的光晕簇B，光晕簇B的灰度均值为b；3)采用全局自动阈值比较法，将小簇的灰度均值与光晕簇B的灰度均值b进行第一级比较，过滤掉光晕簇，留下目标簇等待第二级比较；4)利用粒子群算法，对过滤掉光晕簇的目标簇进行第二级比较，消除背向散射簇；5)输出优化后的小簇，重构出低光晕的目标图像。

技术研发人员：朱香平,赵卫
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15