CN102768071B - 基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，按以下步骤进行：首先是计算该热像仪在其工作温度范围内的增益系数；第二步是非均匀性特征模板提取，即获取热像仪在探测器工作温度范围内对均匀场景时的原始图像；第三步是相关系数计算，根据当前探测器工作温度用相对应的模板与当前实时图像计算最佳系数并评价其校正效果；第四步非均匀性校正，对当前的实时图像帧采用新的偏置本底进行非均匀性校正。本发明的方法无需探测器温控系统，无需快门，在实验室中采集不同焦平面温度非均匀性特征偏置本底，根据实时场景，结合偏置本底计算相关系数，进行实时修正图像的非均匀性偏置本底，实现对实时图像的非均匀性校正。

Description

基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法

技术领域

本发明涉及一种基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，适用于非制冷热像仪在无温控系统和无快门状态下进行非均匀性校正。

背景技术

非制冷探测器由于随工作时间和探测器工作温度的变化，其像元非均匀性变化明显，导致图像质量稳定性较差。

在传统的应用中，通过温控系统来稳定非制冷探测器焦平面温度，并结合采用快门在设定间隔时间内进行本底修正的方法，来解决该问题。但这种需要快门来进行本底修正的技术中，需要增加新的结构件-探测器温控部件、快门及相应的控制电机等。1）增加了非制冷热像仪的成本；2）增加结构件即增加了后期维护工作量；3）增加了热像仪系统功耗；4）频繁的打快门限制了热像仪的应用场合。因此我们需要一种无快门技术，在无需频繁打快门的同时，保证非制冷热像仪图像的稳定性。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，本发明的方法无需探测器温控系统，无需快门，在实验室中采集不同焦平面温度非均匀性特征偏置本底，根据实时场景，结合偏置本底计算相关系数，进行实时修正图像的非均匀性偏置本底，实现对实时图像的非均匀性校正。

本发明的技术方案为：

基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，其特征在于按以下步骤进行：第一步是计算该热像仪在其工作温度范围内的增益系数；第二步是非均匀性特征模板提取，获取热像仪在探测器工作温度范围内对均匀场景时的原始图像；第三步相关系数计算，根据当前探测器工作温度用相对应的模板与当前实时图像计算最佳系数并评价其校正效果；第四步非均匀性校正，对当前的实时图像帧采用新的偏置本底进行非均匀性校正。

增益系数具体计算为获取探测器同一环境温度条件下的两幅不同辐射强度下的均匀辐射体的图像高温本底图像BaseH和低温本底图像BaseL，增益系数计算公式为：

$\mathrm{Gain}(i,j)=\frac{\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseH}\right)-\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseL}\right)}{\mathrm{BaseH}(i,j)-\mathrm{BaseL}(i,j)+0.01}$

分母上加0.01，防止出现分母为0的情况，Gain是增益参数，Mean(BaseH)为高温本底图像均值，Mean(BaseL)为低温本底图像均值，（i,j）表示图像坐标位置；Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；BaseH（i,j）是图像坐标（i,j）处的高温本底图像像素值；BaseL（i,j）是图像坐标（i,j）处的低温本底图像像素值。

非均匀性特征模板提取为在非制冷焦平面工作温度范围在-20°到60°之间，以5°为间隔，进行焦平面温度划分，确定温度划分点后，在每个温度点采集一个探测器在对均匀辐射场景并获取设定焦平面温度时的原始图像作为非均匀性特征模板并保存。

非均匀性相关系数计算为：

计算模板图像的均值

，计算实时图像的均值

，根据归一化互相关计算公式得到模板图像与实时图像的相关系数k，

$k=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]*[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}{{\{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]}^2*\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}^2\}}^{0.5}}$

N为图像像素个数，以上为理论计算公式，而在实际应用中，为减小计算量，可对全图进行分块处理，如将原始图像全图分为16*16的区域，同时将非均匀性模板图像分成16*16区域，分别计算各对应分块的相关系数，对256个系数结果进行直方图统计，获取直方图峰值处的系数值，为最后所求的相关系数k值。

非均匀性校正为：

得到相关系数k后，根据公式Noffset＝k*offset得到实时的非均匀性偏置参数，其中Noffset为实时的非均匀性偏置参数，offset为非均匀性偏置参数，采用两点校正算法：Y(i,j)＝(X(i,j)-k*offset(i,j))*Gain(i,j)进行非均匀性校正，得到非均匀性校正后的结果Y；其中X是探测器输出的原始图像，offset是非均匀性偏置参数，Gain是增益参数，（i,j）表示图像坐标位置，offset（i,j）是图像坐标（i,j）处的非均匀性偏置参数，Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；X(i,j)是图像坐标(i,j)处的探测器输出的原始图像像素值。

传统方法中偏置参数和增益参数都是在热像仪出厂前在实验室里获取并固化在热像仪中，在实际的应用中，当场景发生变化或焦平面温度与实验室采集数据时有所不同，实际应用中图像的非均匀性校正效果可能会不好。

本发明的方法采用模板方法进行图像非均匀性相关系数计算，根据该系数获取实时图像的非均匀性偏置参数，进行非均匀性校正。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明模板法非均匀性校正方法的具体实施方式如下：

1、增益系数计算

获取探测器同一环境温度条件下的两幅不同辐射强度下的均匀辐射体的图像高温本底图像BaseH和低温本底图像BaseL。增益系数计算公式为：

$\mathrm{Gain}(i,j)=\frac{\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseH}\right)-\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseL}\right)}{\mathrm{BaseH}(i,j)-\mathrm{BaseL}(i,j)+0.01}$ ，分母上加0.01，防止出现分母为0的情况，Gain是增益参数，Mean(BaseH)为高温本底图像均值，Mean(BaseL)为低温本底图像均值，（i,j）表示图像坐标位置；Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；BaseH（i,j）是图像坐标（i,j）处的高温本底图像像素值；BaseL（i,j）是图像坐标（i,j）处的低温本底图像像素值。

2、非均匀性特征模板提取

由于非制冷热像仪成像的非均匀性探测器焦平面温度的直接相关，因此在进行特征模板提取时，需要参考探测器焦平面温度信息，一般非制冷焦平面工作温度范围在-20°到60°之间，我们以5°为间隔，进行焦平面温度划分，确定温度划分点后，在每个温度点采集一个探测器对均匀辐射场景并获取设定焦平面温度时的原始图像作为该焦平面温度状态下的非均匀性特征模板并保存；

3、非均匀性相关系数计算

计算非均匀性特征模板与实时图像的相关系数，方法如下：

计算模板图像的均值

，计算实时图像的均值

，根据归一化互相关计算公式得到模板图像与实时图像的相关系数k，

$k=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]*[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}{{\{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]}^2*\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}^2\}}^{0.5}}$

N为图像像素个数

以上为理论计算公式，而在实际应用中，为减小计算量，可对全图进行分块处理，如将原始图像全图分为16*16的区域，同时将非均匀性模板图像分成16*16区域，分别计算各对应分块的相关系数，对256个系数结果进行直方图统计，获取直方图峰值处的系数值，为最后所求的相关系数k值；

4、非均匀性校正

得到相关系数k后，根据公式Noffset＝k*offset得到实时的非均匀性偏置参数，其中Noffset为实时的非均匀性偏置参数，offset为非均匀性偏置参数，采用两点校正算法：Y(i,j)＝(X(i,j)-k*offset(i,j))*Gain(i,j)进行非均匀性校正，得到非均匀性校正后的结果Y；其中X是探测器输出的原始图像，offset是非均匀性偏置参数，Gain是增益参数，（i,j）表示图像坐标位置，offset（i,j）是图像坐标（i,j）处的非均匀性偏置参数，Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；X(i,j)是图像坐标(i,j)处的探测器输出的原始图像像素值。

当实时探测器焦平面温度发生变化时，需要根据焦平面温度信息切换非均匀性特征模板。

Claims (4)

1.基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，其特征在于按以下步骤进行：第一步是计算该热像仪在其工作温度范围内的增益系数；第二步是非均匀性特征模板提取，获取热像仪在探测器工作温度范围内对均匀场景时的原始图像；所述非均匀性特征模板提取为在非制冷焦平面工作温度范围在-20°到60°之间，以5°为间隔，进行焦平面温度划分，确定温度划分点后，在每个温度点采集一个探测器在对均匀辐射场景并获取设定焦平面温度时的原始图像作为非均匀性特征模板并保存；第三步非均匀性相关系数计算，根据当前探测器工作温度用相对应的非均匀性特征模板与当前实时图像计算最佳系数并评价其校正效果；第四步非均匀性校正，对当前的实时图像帧采用新的偏置本底进行非均匀性校正。

2.根据权利要求1所述的基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，其特征在于：增益系数具体计算为获取探测器同一环境温度条件下的两幅不同辐射强度下的均匀辐射体的图像高温本底图像BaseH和低温本底图像BaseL，增益系数计算公式为：

$\mathrm{Gain}(i,j)=\frac{\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseH}\right)-\mathrm{Mean}\left(\mathrm{BaseL}\right)}{\mathrm{BaseH}(i,j)-\mathrm{BaseL}(i,j)+0.01}$

Gain是增益参数，Mean(BaseH)为高温本底图像均值，Mean(BaseL)为低温本底图像均值，（i,j）表示图像坐标位置；Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；BaseH（i,j）是图像坐标（i,j）处的高温本底图像像素值；BaseL（i,j）是图像坐标（i,j）处的低温本底图像像素值。

3.根据权利要求1所述的基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，其特征在于：非均匀性相关系数计算为：

计算模板图像的均值

计算实时图像的均值

根据归一化互相关计算公式得到模板图像与实时图像的相关系数k，

$k=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]*[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}{{\{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^N{[X\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X}]}^2*\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[O\left(i\right)-\stackrel{\‾}{O}]}^2\}}^{0.5}}$

N为图像像素个数。

4.根据权利要求3所述的基于模板法的非制冷热像仪无快门非均匀性校正方法，其特征在于：非均匀性校正为：

得到相关系数k后，根据公式Noffset=k*offset得到实时的非均匀性偏置参数，其中Noffset为实时的非均匀性偏置参数，offset为非均匀性偏置参数，采用两点校正算法：Y(i,j)=(X(i,j)-Noffset(i,j))*Gain(i,j)进行非均匀性校正，得到非均匀性校正后的结果Y；其中X是探测器输出的原始图像，offset是非均匀性偏置参数，Gain是增益参数，（i,j）表示图像坐标位置，offset（i,j）是图像坐标（i,j）处的非均匀性偏置参数，Gain（i,j）是图像坐标（i,j）处的增益参数；X（i,j）是图像坐标（i,j）处的探测器输出的原始图像像素值。