CN106644078A - 一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，涉及太赫兹成像技术领域。本发明有效克服了太赫兹图像数据因采集时仅仅以部分探测单元响应不全面所导致的缺陷。本发明通过将太赫兹探测器面阵划分成多个区域，求得更为精准的响应增益参数和失调参数，然后再采用这两个参数对目标物体的太赫兹图像进行两点标定算法预处理，使得最终的校正参数能更加准确的反映探测器面阵上各探测单元的响应情况，进而得到更好的图像效果，克服了因权值分配不合理造成的图像失真的问题；进一步地，本发明还包括对失调参数进行更新的一点标定算法预处理，从而达到实时校正成像系统响应输出的目的，本发明克服了太赫兹阵列探测器成像系统进入工作状态后的温度漂移现象。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹成像技术领域，特别是一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法。
背景技术
太赫兹成像是当前研究的热点技术，其主要原因在于太赫兹辐射具有较低的光子能量以及对非金属和非极性物质较高的穿透能力，使得其能够穿透衣服、塑料、陶瓷等材质，因此在无损检测、医学检查、安全检测、环境监测和空间遥感等方面展现出巨大的应用前景。
太赫兹探测器由于其制作工艺、外界环境和光学成像等因素，探测器输出的原始图像或多或少会有失调和响应非均匀性以及盲元等缺陷，因此对其原始图像的预处理是十分必要的。
原始图像的预处理包括了非均匀性校正、盲元补偿和图像增强等三个基本步骤。其中，非均匀性校正是指通过运算补偿焦平面中各单元的增益和失调系数使之达到统一。现有技术最常使用校正方法的是一点标定算法与两点标定算法相结合。两点标定算法具有操作简单、易于实现等优点，通常采用一个线性模型来代替焦平面阵列某一探测单元的响应特性，根据这一线性模型，非均匀性校正的核心工作就在于求取线性模型的G参数(增益参数)和O参数(失调参数)；一点标定算法是基于两点标定算法进行的算法，当两点标定的结果不够准确时，一点标定算法处理后的图像也会受到一定的影响。故而，如何获取更为精准的增益参数和失调参数成为研究中所要解决的技术问题。
太赫兹图像的非均匀性校正中应充分考虑焦平面阵列的大小和每个单元的响应，然而，由于太赫兹光源是点光源，因此探测器通常为局部接收到太赫兹辐射，而局部接收到太赫兹辐射会影响整个太赫兹探测器的非均匀性校正结果。
为了克服以上技术问题，亟需一种能够获得更加准确探测单元输出信号的方法，并且能够通过该方法解决因权值分配不合理造成的图像失真的问题，进而实现更好的太赫兹成像效果。
发明内容
基于上文所述，本发明为克服上述技术问题提供一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，包括以下步骤：
步骤A：将太赫兹探测器面阵划分为多个区域，在太赫兹探测器工作动态范围内任取两个不同的辐射功率，使得太赫兹光源分别聚焦到每个区域，同一辐射功率下，在太赫兹探测器面阵各区域分别采集一帧图像数据；
通过统计算法求得任一区域采集所得图像数据的平均值，再将所有区域图像数据的平均值相加求取平均值得到一帧图像数据并以此作为标准值；
然后基于两点标定模型，将两个不同辐射功率的标准值对采集得到的图像数据进行校正，计算得到两点标定算法的G参数和O参数；
步骤B：对目标物体进行太赫兹成像时，在太赫兹探测器工作动态范围内任一辐射功率下，使得太赫兹光源透过目标物体照射到探测器面阵上，采集得到一帧图像数据；然后通过步骤A求得的G参数和O参数对所述一帧图像数据进行两点标定算法预处理，得到两点标定算法预处理后的图像数据。
进一步地，本发明中，步骤A获取两点标定算法的G参数和O参数，具体包括以下步骤：
步骤A1：在太赫兹探测器工作动态范围任取两个基准的辐射功率，将太赫兹探测器面阵划分为a个区域，其中a为正整数；定义太赫兹探测器面阵上探测单元的坐标为(n，m)；
调节第一辐射功率为使得太赫兹光源不分先后顺序聚焦到每个区域，在每一区域获取一帧图像数据，定义太赫兹探测器面阵上第x个区域内任一探测单元在第一辐射功率时的实际输出响应电压为x∈[1,a]；
调节第二辐射功率为使得太赫兹光源不分先后顺序聚焦到每个区域，在每一区域获取一帧图像数据；定义太赫兹探测器面阵上第y个区域内任一探测单元在第二辐射功率时的实际输出响应电压为y∈[1,a]；；
步骤A2：假设太赫兹探测器面阵上探测单元阵列为N×M；
通过统计算法得到太赫兹探测器面阵任一区域内单个探测单元在第一辐射功率时的第一平均响应电压为：
通过统计算法得到太赫兹探测器面阵任一区域内单个探测单元在第二辐射功率时的第二平均响应电压为：
将相同辐射功率下所得a个区域的平均响应电压进行处理，分别得到在两个不同辐射功率下太赫兹探测器整个面阵上单个探测单元的响应电压和
为使得每个探测单元在辐射功率时的响应电压校正为标准输出值在辐射功率时校正为标准输出值基于两点标定模型，联立求解得到每个探测单元的G参数和O参数的表达式如下：
进一步地，本发明中步骤B中两点标定算法预处理的具体方法如下：
对目标物体进行太赫兹成像时，假设太赫兹探测器工作动态范围内任意一个辐射功率为将太赫兹光源透过目标物体照射到探测器面阵上，采集得到一帧图像数据，所述一帧图像数据为辐射功率为时探测器面阵上任一探测单元的实际输出响应电压然后所述步骤A求得的G参数和O参数对实际输出值进行校正，得到标准输出值具体校正公式如下；
进一步地，本发明还包括对步骤B中O参数进行更新的一点标定算法预处理，得到一点标定算法预处理后图像数据。
基于上文所述的两点标定算法预处理之后，当太赫兹阵列探测器成像系统进入工作状态，由于受到系统内部工作温度变化的影响，成像系统的响应输出会有所变化，此即为温度漂移。若继续用两点标定计算的校正参数进行非均匀性校正，会产生非均匀性残留噪声。故而，在成像系统工作过程中，仍需实时校正成像系统的响应输出，优选地，采用一点标定方法对温度漂移进行补偿。
具体地，本发明中所述一点标定算法预处理包括如下操作：
采用工作动态范围内任一辐射功率的光源照射太赫兹探测器，获取原始图像数据，所述原始图像数据为太赫兹探测器面阵上任一探测单元的实际输出响应电压基于步骤A所得G参数对O参数进行校正，则校正后O参数的具体表达式如下：
其中，为步骤A求得的G参数，表示太赫兹探测器面阵探测单元的平均响应电压；因此，基于G参数不变，经一点标定算法进一步校正O参数得到标准输出值具体校正公式如下：
进一步地，本发明太赫兹探测器的聚焦位置通过多维位移平台进行调节。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明基于两点标定算法模型并通过将太赫兹探测器面阵划分成多个区域，求得更为精准的增益参数(G参数)和失调参数(O参数)，然后再采用该设计下求得的两个参数对特定太赫兹图像进行两点标定算法预处理，获得更加准确的探测单元响应，进而得到更好的图像效果，克服了因权值分配不合理造成的图像失真的问题；进一步地，为克服太赫兹阵列探测器成像系统进入工作状态后的温度漂移现象，本发明还包括对O参数(失调参数)进行更新的一点标定算法预处理以达到实时校正成像系统的响应输出的目的。
本发明的设计使得在参数计算和太赫兹图像数据采集时能够将探测器面阵上每个区域的响应单元的响应率都涵盖进来，进而克服由于太赫兹辐射光源为点光源使得太赫兹探测器面阵局部接收到太赫兹辐射所造成非均匀性校正结果不准确的缺陷。因此，本发明有效还原了整个面阵上探测单元的响应，并且获得的探测单元响应更加准确，有效解决了太赫兹图像数据因采集时仅仅以部分探测单元响应代替整个面阵的情况，从而保证了太赫兹成像效果。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例的太赫兹探测器面阵划分区域的示意图。
图2是本发明一个具体实施例的太赫兹图像非均匀性校正的流程示意图。
具体实施方式
结合以下附图对本发明的具体实施方式进一步阐述，此处实施例只用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。
图1为本发明一个具体实施例的太赫兹探测器面阵划分区域的示意图，从图1可以看出：在本实施例中将太赫兹探测器面阵划按照3×3的划分方式分为9个区域，根据本领域人员知识可知：区域的划分方式不局限于本实施例的划分方式，只要划分后各区域不重叠且包括探测器整个面阵即可；图2为采用此划分方式实施例所得太赫兹图像的非均匀性校正流程示意图。如图2所示，一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法包括步骤10、步骤12、步骤14、步骤16、步骤18和步骤20。以下将对图2中的各个步骤进行详细说明：
在太赫兹成像中，对太赫兹成像系统进行两点校正，在校正之前需要获得两点校正参数，两点校正的参数通常包括探测元响应增益Gn,m(j)和探测元的失调系数On,m(j)。
步骤10：太赫兹光源聚焦到区域1时，获取第一帧图像数据；
假设太赫兹成像仪的太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列为N×M，所述探测单元坐标为(n，m)，在太赫兹探测器工作动态范围任取两个不同的辐射功率和
调节多维位移平台，使得辐射功率为的太赫兹辐射光源中心聚焦到探测器面阵上的区域1(如图2所示)，记录探测器内各探测单元的实际输出响应电压分别为则区域1内单个探测单元的平均响应电压为，
步骤12：调整探测器的位置，使得太赫兹辐射光源中心聚焦到区域2，获取第二帧图像数据；
获得区域1在辐射功率下的平均响应电压后，调节多维位移平台，使得辐射功率为的太赫兹辐射光源聚焦到探测器面阵的区域2(如图2所示)，记录探测器内各探测单元的实际输出响应电压分别为则区域2内单个探测单元的平均响应电压为
步骤14：多次调整探测器的位置，使得太赫兹辐射光源分别聚焦到九个区域，并在每个区域获取一帧图像数据；
获得区域2在辐射功率下的平均响应电压后，调节多维位移平台，通过多次操作使得辐射功率为的太赫兹辐射光源分别聚焦到探测器面阵的剩余区域，记录探测器每个区域内各探测单元的实际输出响应电压分别为(a＝3，4，···，8，9且a为整数)，则各区域内单个探测单元对应的平均响应电压为(a＝3，4，···，8，9且a为整数)；然后对九个区域内单个探测单元的平均响应电压进行如下处理：则得到辐射功率为时整个探测器面阵每个探测单元的响应电压
根据本领域人员知识可知：相同辐射功率下，太赫兹辐射光源聚焦到探测器面阵上多个区域的顺序不分先后，只要使得每个区域上的图像数据仅被采集一次即可。
步骤16：改变太赫兹辐射功率，重复上述步骤，使得太赫兹光源依次聚焦在九个区域，获取每一帧图像数据；
调节太赫兹光源辐射功率为调节多维位移平台，使得辐射功率为的太赫兹辐射光源中心聚焦到探测器面阵上的区域1(如图2所示)，记录探测器内各探测单元的实际输出响应电压分别为则区域1内单个探测单元的平均响应电压为，
获得区域1在辐射功率下的平均电压后，调节多维位移平台，使得辐射功率为的太赫兹辐射光源中心聚焦到探测器面阵上的区域2(如图2所示)，记录探测器内各探测单元的实际输出响应电压分别为则区域2内单个探测单元的平均响应电压为
获得区域2在辐射功率下的平均电压后，调节多维位移平台，通过多次操作使得辐射功率为的太赫兹辐射光源中心分别聚焦到探测器面阵上的剩余区域(如图2所示)，分别记录探测器每个区域内各探测单元的实际输出响应电压为(c＝3，4，···，8，9且c为整数)，则每个区域内单个探测单元对应的平均响应电压为(c＝3，4，···，8，9且c为整数)。然后对在九个区域内获取的单个探测单元平均响应电压进行如下处理：则得到辐射功率为时整个探测器面阵每个探测单元的响应电压
根据本领域人员知识可知：相同辐射功率下，太赫兹辐射光源聚焦到探测器面阵上多个区域的顺序不分先后，只要使得每个区域上的图像数据仅被采集一次即可。
步骤18：根据两次辐射功率不同时记录的数据计算出两点标定参数Gn,m(j)和On,m(j)。
在一定的动态范围内，太赫兹响应曲线为一次线性方程，即Yn,m(j)＝Gn,m(j)Xn,m(j)+On,m(j)，通过两次辐射功率不同时处理得到的和可得公式：
将式(1)、式(2)相减，可以得到每个探测单元的G参数为：再将G参数代入，得到O参数为：
步骤20：对目标物体进行太赫兹成像时，采集太赫兹探测器整个面阵上的图像数据，并利用上述步骤18求得的G参数和O参数进行两点标定算法预处理。
对目标物体进行太赫兹成像时，假设太赫兹探测器工作动态范围内任意一个辐射功率为将太赫兹辐射光源透过目标物体照射到探测器面阵上，采集得到一帧图像数据，所述一帧图像数据为辐射功率时探测器面阵各探测单元的响应电压为
然后采用上述求得的G参数和O参数对上述实际输出值进行校正，得到标准输出值具体基于标定的两点非均匀性校正公式为
基于上述两点标定算法预处理之后，当太赫兹阵列探测器成像系统进入工作状态，由于受到系统内部工作温度变化的影响，成像系统的响应输出会有所变化，此即为温度漂移。若继续用两点标定计算的校正参数进行非均匀性校正，会产生非均匀性残留噪声。故而，在成像系统工作过程中，仍需实时校正成像系统的响应输出，因此，本实施例采用一点标定方法对温度漂移进行补偿。
太赫兹成像系统存储有步骤A求得的两点标定参数：G参数和O参数，采用一束辐射功率均匀的光源照射探测器面阵，采集原始图像数据以此图像数据作为校正参数源，基于G参数不变，对O参数进行校正：
其中，表示步骤18求得并存储于系统中的G参数，表示太赫兹探测器面阵探测单元的平均响应电压，表示太赫兹探测器面阵任一探测单元的实际输出响应电压，表示校正后的O参数；
因此，采用一点标定方法进一步处理得到的非均匀校正公式为：
本领域技术人员容易理解，在用太赫兹成像仪进行正常太赫兹成像时，可以包括正常太赫兹成像中涉及的任何步骤或过程或方法，在此不再详述。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用与限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将太赫兹探测器面阵划分为多个区域，在太赫兹探测器工作动态范围内任取两个不同的辐射功率，使得太赫兹光源分别聚焦到每个区域，同一辐射功率下，在太赫兹探测器面阵各区域分别采集一帧图像数据；
通过统计算法求得任一区域采集所得图像数据的平均值，再将所有区域图像数据的平均值相加求取平均值得到一帧图像数据并以此作为标准值；
然后基于两点标定模型，将两个不同辐射功率的标准值对采集得到的图像数据进行校正，计算得到两点标定算法的G参数和O参数；
步骤B：对目标物体进行太赫兹成像时，在太赫兹探测器工作动态范围内任一辐射功率下，使得太赫兹光源透过目标物体照射到探测器面阵上，采集得到一帧图像数据；然后通过步骤A求得的G参数和O参数对所述一帧图像数据进行两点标定算法预处理，得到两点标定算法预处理后的图像数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，还包括对步骤B中O参数进行更新的一点标定算法预处理，得到一点标定算法预处理后图像数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，所述步骤A获取两点标定算法的G参数和O参数，具体包括以下步骤：
步骤A1：在太赫兹探测器工作动态范围任取两个基准的辐射功率，将太赫兹探测器面阵划分为a个区域，其中a为正整数；定义太赫兹探测器面阵上探测单元的坐标为(n，m)；
调节第一辐射功率为使得太赫兹光源分别聚焦到每个区域，在每一区域获取一帧图像数据，定义太赫兹探测器面阵上第x个区域内任一探测单元在第一辐射功率时的实际输出响应电压为
调节第二辐射功率为使得太赫兹光源分别聚焦到每个区域，在每一区域获取一帧图像数据；定义太赫兹探测器面阵上第y个区域内任一探测单元在第二辐射功率时的实际输出响应电压为
步骤A2：假设太赫兹探测器面阵上探测单元阵列为N×M；
通过统计算法得到太赫兹探测器面阵任一区域内单个探测单元在第一辐射功率时的第一平均响应电压为：
通过统计算法得到太赫兹探测器面阵任一区域内单个探测单元在第二辐射功率时的第二平均响应电压为：
将相同辐射功率下所得a个区域的平均响应电压进行处理，分别得到在两个不同辐射功率下太赫兹探测器整个面阵上单个探测单元的响应电压和
为使得每个探测单元在辐射功率时的响应电压校正为标准输出值在辐射功率时校正为标准输出值基于两点标定模型，联立求解得到每个探测单元的G参数和O参数的表达式如下：
4.根据权利要求3所述的一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，所述步骤B中两点标定算法预处理的具体方法如下：
对目标物体进行太赫兹成像时，假设太赫兹探测器工作动态范围内任意一个辐射功率为将太赫兹光源透过目标物体照射到探测器面阵上，采集得到一帧图像数据，所述一帧图像数据为辐射功率时探测器面阵上任一探测单元的实际输出响应电压然后所述步骤A求得的G参数和O参数对实际输出值进行校正，得到标准输出值具体校正公式如下；
5.根据权利要求4所述的一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，所述一点标定算法预处理具体如下：
采用工作动态范围内任一辐射功率的光源照射太赫兹探测器，获取原始图像数据，所述原始图像数据为太赫兹探测器面阵上任一探测单元的实际输出响应电压基于步骤A所得G参数对O参数进行校正，则校正后O参数的具体表达式如下：
其中，为步骤A求得的G参数，表示太赫兹探测器面阵探测单元的平均响应电压；因此，基于G参数不变，经一点标定算法进一步校正O参数得到标准输出值具体校正公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法，其特征在于，所述太赫兹探测器的聚焦位置通过多维位移平台进行调节。
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