一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法及系统

本发明属于地面气象观测，尤其涉及一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法及系统。

背景技术：

1、非制冷红外焦平面阵列测云技术得到了广泛运用，在地基云自动化观测上得到了良好的表现。专利cn104181614a技术解决了设备在野外长期观测导致辐射测量结果出现温漂的问题。在实际工作中，辐射定标模型无论是通过单一内定标黑体还是外置双黑体定标计算，传感器镜头上都会存在热辐射的影响。尤其是在野外长期观测，受到自然环境和仪器本身的磨损老化等因素，传感器镜头表面污染、防护玻璃老化等问题导致镜头上的热辐射更加严重，在以往的定标模型中均没有考虑镜头热辐射噪声带来的误差，使得测量误差在随时间变化中累积增大而偏离出厂标定误差，只能通过定期人工标定或实时野外标定的方式来保证数据的准确性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法及系统，以减少镜头热辐射对测量结果的影响，得到“纯净”天空去背景图像，改善辐射测量准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，包括：

3、获取黑体红外图像数据、天空红外图像数据以及外黑体温度数据；

4、将所述黑体红外图像数据与所述空红外图像数据进行做差，获取不含红外镜头热辐射的纯净天空图像数据；

5、基于所述纯净天空图像数据、外黑体温度数据与实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值。

6、可选地，所述黑体红外图像数据与所述空红外图像数据进行做差的方法为：

7、

8、其中，为天空红外图像，为黑体红外图像，δgij为纯净天空图像。

9、可选地，基于所述纯净天空图像数据、外黑体温度数据与实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的所述预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的方法包括：

10、基于所述纯净天空图像数据，获取纯净天空辐射差；

11、基于外黑体温度数据，获取黑体辐射；

12、基于所述纯净天空辐射差和黑体辐射以及实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的所述预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值。

13、可选地，基于所述纯净天空图像数据，获取纯净天空辐射差的方法为：

14、δgij＝aij*δfij+bij

15、其中，aij,bij均为出厂探测像元标定系数，δfij为纯净天空辐射差。

16、可选地，所述预设函数关系为：

17、

18、其中，为黑体辐射，为实时消除镜头热辐射后的天空辐射值。

19、为实现上述目的，本发明还提供了一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统，用于实施所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，所述系统包括：

20、获取单元，用于获取黑体红外图像数据、天空红外图像数据以及外黑体温度数据；

21、第一数据处理单元，用于将所述黑体红外图像数据与所述空红外图像数据进行做差，获取不含红外镜头热辐射的纯净天空图像数据；

22、第二数据处理单元，用于基于所述纯净天空图像数据、外黑体温度数据与实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值。

23、可选地，所述获取单元包括用于获取所述黑体红外图像数据和所述天空红外图像数据的第一获取模块，以及用于获取所述外黑体温度数据的第二获取模块。

24、可选地，还包括驱动机构，其驱动端与所述第一获取模块相连接，所述驱动机构用于驱动所述第一获取模块至少在第一工位和第二工位之间切换，在所述第一工位，所述第一获取模块能够获取所述黑体红外图像数据，在所述第二工位，所述第一获取模块能够获取所述天空红外图像数据；所述黑体红外图像数据与所述天空红外图像数据之间基于预设间隔获取。

25、可选地，所述第一获取模块为半球型外黑体辐射源组件。

26、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

27、本发明针对目前的地基红外测云仪在长期野外工作，镜头热辐射的影响导致辐射测量结果的准确性问题，提出一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，以减少镜头热辐射对测量结果的影响，得到“纯净”天空去背景图像，改善辐射测量准确性。

28、本发明适用于长期野外运行的地基红外测云仪实时消除镜头热辐射，改善辐射测量准确性。

技术特征：

1.一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，所述黑体红外图像数据与所述空红外图像数据进行做差的方法为：

3.根据权利要求1所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，基于所述纯净天空图像数据、外黑体温度数据与实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的所述预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的方法包括：

4.根据权利要求1所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，基于所述纯净天空图像数据，获取纯净天空辐射差的方法为：

5.根据权利要求1所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，其特征在于，所述预设函数关系为：

6.一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统，其特征在于，用于实施权利要求1-5任一项所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法，所述系统包括：

7.根据权利要求6所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统，其特征在于，所述获取单元包括用于获取所述黑体红外图像数据和所述天空红外图像数据的第一获取模块，以及用于获取所述外黑体温度数据的第二获取模块。

8.根据权利要求7所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统，其特征在于，还包括驱动机构，其驱动端与所述第一获取模块相连接，所述驱动机构用于驱动所述第一获取模块至少在第一工位和第二工位之间切换，在所述第一工位，所述第一获取模块能够获取所述黑体红外图像数据，在所述第二工位，所述第一获取模块能够获取所述天空红外图像数据；所述黑体红外图像数据与所述天空红外图像数据之间基于预设间隔获取。

9.根据权利要求7所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统，其特征在于，所述第一获取模块为半球型外黑体辐射源组件；所述第二获取模块为温度传感器。

10.一种外黑体定标装置，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪系统。

技术总结
本发明公开一种基于外黑体定标装置的红外图像实时消噪方法及系统，包括：获取黑体红外图像数据、天空红外图像数据以及外黑体温度数据；将所述黑体红外图像数据与所述空红外图像数据进行做差，获取不含红外镜头热辐射的纯净天空图像数据；基于所述纯净天空图像数据、外黑体温度数据与实时消除镜头热辐射后的天空辐射值的预设函数关系，获取所述实时消除镜头热辐射后的天空辐射值。本发明适用于长期野外运行的地基红外测云仪实时消除镜头热辐射，改善辐射测量准确性。

技术研发人员：赵静,李俊良,刘磊,刘西川,曾庆伟
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27