一种大面阵CMOS探测器数字域本底噪声的扣除方法

本发明涉及空间遥感图像预处理，特别是涉及一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法。

背景技术：

1、在ccd相机应用中，为了有效降低图像噪声，通常对探测器视频信号进行相关双采样(correlated double sampling,cds)，抑制探测器复位噪声。将cds功能集成到视频处理器芯片内部，利用集成电路的高性能实现视频信号cds功能。

2、在视频处理器芯片内部，采集探测器视频信号复位电平信号强度和信号电平信号强度，保证两次采样时间间隔足够小，使采集的噪声电压基本一致；然后，在模拟电路中，实现电荷相减，获得复位噪声得到抑制后的视频信号。常用的视频处理器如tda9965、lm98640等。

3、在cmos光电探测器应用时，cmos探测器直接输出数字信号；数字信号在数据传输过程中，受到外部噪声源干扰的程度降低，图像数据质量得到提高。cmos探测器每个像元均设置对应的电荷转移电路和ad转换单元，探测器的降噪处理也均在探测器内部实现。由于每个像元的电路状态和工作条件存在差异，探测器内部的电路噪声，如复位噪声、量化噪声、读出噪声、热噪声等，由探测器性能决定，探测器不同的工作状态均影响图像数据输出质量。

4、除采用cds抑制复位噪声外，设计线阵ccd或cmos探测器电路时，通过采集探测器输出的暗像元，并统计行图像暗像元均值，然后在行图像数据中进行本底扣除，可以有效抑制行图像的电源噪声、本底噪声干扰。但在大面阵cmos探测器成像电路设计时，每个像元的噪声特性都不同，大靶面探测器在全视场的差异性增加。

5、在大面阵cmos探测器中，视频信号处理电路均集成到探测器内部。视频信号在探测器内部完成cds、ad转换后，输出数字量。由于大面阵cmos探测器像元规模较大，像元本底不均匀性、热噪声导致的本底变化均无法去除，引起图像不均匀、噪声增加等问题，降低了探测器成像质量。

6、目前通过地面辐射标定，获取大面阵cmos探测器本底图像数据，并在成像过程中进行本底扣除时，无法抑制探测器像元热噪声和本底波动的影响，不能做到实时精细化处理。因此，亟需对大面阵cmos探测器进行数字本底扣除处理，提高探测器本底扣除的精度和适应性。

技术实现思路

1、针对像元本底不均匀性、热噪声导致的本底变化均无法去除，引起图像不均匀、噪声增加等问题以及通过地面辐射标定进行本底噪声扣除存在无法抑制探测器像元热噪声和本底波动的影响，不能做到实时精细化处理的问题，本发明提供一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法。

2、为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

3、一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，大面阵cmos探测器在采集每帧图像前，预先采集一帧探测器暗场图像，大面阵cmos探测器的采集过程以及对图像进行本底噪声扣除的过程包括以下步骤：

4、设置大面阵cmos探测器产生暗场图像l1，如果大面阵cmos探测器不具有暗场图像输出功能，则以最小曝光时间图像作为暗场图像l1，然后将暗场图像数据分块，统计分块图像的均值，得到暗场图像l1对应的图像块均值矩阵；

5、设置大面阵cmos探测器正常成像，获得感光图像l2；

6、通过探测器辐射标定方法获得辐射标定暗场图像l0，并将辐射标定暗场图像数据按照与暗场图像数据的同类划分方式进行分块，统计分块图像的均值后得到辐射标定暗场图像l0对应的图像块均值矩阵；

7、分别计算暗场图像l1和辐射标定暗场图像l0的图像块均值矩阵的方差，分别记为δ1和δ0；

8、当δ1＜3δ0时，判断暗场图像l1的图像数据有效，则在感光图像l2中扣除暗场图像l1；当δ1≥3δ0时，判断辐射标定暗场图像l0的图像数据有效，则在感光图像l2中扣除辐射标定暗场图像l0。

9、本发明针对大面阵cmos探测器的应用特点，提出了一种数字域本底噪声扣除处理方法。在大面阵cmos探测器每帧图像采集前，预先采集一帧探测器暗场图像，获得探测器像元在当前工况下的本底值，并在图像中进行扣除。当环境温度、探测器工作状态发生变化后，采集的暗场本底图像随之相应变化。经过本底实时扣除后的图像，更好的屏蔽了探测器状态变化带来的影响。该方法提高了探测器成像过程中的适应性，提高图像的信噪比指标。

10、与现有ccd、cmos探测器本底扣除技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、1)适用于大面阵cmos探测器，处理像元数量更多，具有可移植性；

12、2)适用于具有暗场图像输出功能的大面阵cmos探测器和不具有暗场图像输出功能的大面阵cmos探测器；

13、3)实现大面阵cmos探测器海量像元本底的精确扣除；

14、4)利用3δ方法，实现了最小曝光时间下图像本底数据的判读功能。

技术特征：

1.一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，其特征在于，大面阵cmos探测器在采集每帧图像前，预先采集一帧探测器暗场图像，大面阵cmos探测器的采集过程以及对图像进行本底噪声扣除的过程包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，其特征在于，大面阵cmos探测器的工作流程为：复位——工作参数加载——摄像后图像数据训练——最小曝光时间设置——采集暗场图像——常态曝光时间设置——采集感光图像。

3.根据权利要求1或2所述的一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，其特征在于，大面阵cmos探测器采用多通道同步输出方式输出图像数据至fpga，在fpga内部，利用ddr3-ip核的地址掩码实现探测器同地址数据存储控制，具体存储控制方式如下：

4.根据权利要求1或2所述的一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，其特征在于，在对暗场图像数据或者辐射标定暗场图像数据进行分块时，可以采用行抽取、列抽取、块分割中的任意一种分块方法。

5.根据权利要求1或2所述的一种大面阵cmos探测器数字域本底噪声的扣除方法，其特征在于，图像块均值矩阵的方差的计算公式如下：

技术总结
本发明涉及一种大面阵CMOS探测器数字域本底噪声的扣除方法，在该方法中，首先设置大面阵CMOS探测器产生暗场图像L<subgt;1</subgt;，并对齐进行分块，统计分块图像的均值，得到暗场图像L<subgt;1</subgt;对应的图像块均值矩阵；设置探测器正常成像，获得感光图像L<subgt;2</subgt;；通过探测器辐射标定方法获得辐射标定暗场图像L<subgt;0</subgt;，并将辐射标定暗场图像数据按照与暗场图像数据的同类划分方式进行分块，统计分块图像的均值后得到辐射标定暗场图像L<subgt;0</subgt;对应的图像块均值矩阵；分别计算两个图像块均值矩阵的方差，并比较两个方差的大小，判断暗场图像是否有效。该方法实现大面阵CMOS探测器海量像元本底的精确扣除，提高了探测器成像过程中的适应性，提高图像的信噪比指标。

技术研发人员：宁永慧,陈欣然,邵帅,司国良
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15