CN103312983B - 一种太赫兹成像仪镜头补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种太赫兹成像仪镜头补偿方法，包括：获取一点校正参数；用遮光筒遮蔽的太赫兹镜头，并将黑体挡片放置于太赫兹镜头之前；将黑体挡片调节至预定温度；用太赫兹镜头采集第一数量帧太赫兹图像并且计算其均值获得均值太赫兹图像；用一点校正参数对均值太赫兹图像进行一点校正；在校正后的太赫兹图像中选择第二数量个像素点，并计算其均值；用校正后的太赫兹图像和该均值计算镜头补偿参数。本发明的实施例中，用具有预定温度的黑体挡片挡住太赫兹镜头并获得预定数量的太赫兹图像，并根据这些图像获得镜头补偿参数，解决了使用快门校正时不能校正太赫兹镜头非均匀性的问题，保证了良好的成像效果。

Description

一种太赫兹成像仪镜头补偿方法

技术领域

本发明涉及太赫兹成像技术领域，尤其是涉及一种太赫兹成像仪镜头补偿方法。

背景技术

太赫兹成像仪在使用快门进行一点校正时不能获得镜头非均匀性的信息，将镜头的非均匀性叠加到最后的图像会引起图像失真。

随着太赫兹技术的发展，对太赫兹成像系统的成像质量要求越来越高。在不同的工作条件下，太赫兹镜头汇聚太赫兹射线不均匀会造成图像失真；太赫兹焦平面阵列自身及电路板上元器件产生的太赫兹，能够通过镜头的反射作用反射回去，从而作用到太赫兹焦平面阵列上，进而对太赫兹成像系统的成像产生影响，造成成像质量的下降。而使用快门进行的一点校正又不能消除这些影响。目前主要进行太赫兹图像处理技术的研究，其核心任务是研制模块化太赫兹图像处理系统，从而有效地提高太赫兹成像系统的动态范围、抑制图像噪声、消除非均匀性、改善图像质量。图像处理基本内容为包括非均匀校正，盲元检测与补偿，图像的增强技术。

如何使太赫兹光学系统在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量，同时不使用调节机构，使其具有尺寸小、质量轻、结构简单和可靠性高等优点，对太赫兹光学设备的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的之一是提供能够获得良好的镜头补偿参数、对太赫兹镜头进行良好的补偿的太赫兹成像仪镜头补偿方法。

本发明实施例公开的技术方案包括：

提供了一种太赫兹成像仪镜头补偿方法，其特征在于，包括：获取所述太赫兹成像仪镜头的一点校正参数；用遮光筒遮蔽所述太赫兹成像仪的太赫兹镜头，并将黑体挡片放置于所述太赫兹镜头之前；将所述黑体挡片的温度调节至预定温度并保持在所述预定温度；用所述太赫兹镜头采集第一数量帧太赫兹图像；计算所述预定数量帧太赫兹图像的均值，获得均值太赫兹图像；用所述一点校正参数对所述均值太赫兹图像进行一点校正，获得校正太赫兹图像；在所述校正太赫兹图像中选择第二数量个像素点，并计算所述第二数量个像素点的灰度值的均值；用所述校正太赫兹图像的灰度值和所述均值计算镜头补偿参数；去除所述遮光筒和所述黑体挡片，用所述太赫兹成像仪进行成像，并用所述镜头补偿参数对所述太赫兹成像仪所成图像进行补偿。

进一步地，所述黑体挡片包括温度控制装置，所述温度控制装置控制所述黑体挡片的温度。

进一步地，所述温度控制装置是半导体制冷器。

进一步地，所述第一数量是100。

进一步地，所述第二数量是4。

进一步地，所述第二数量个像素点是所述校正太赫兹图像中间的像素点。

本发明的实施例中，使用快门进行一点校正之后，再用具有预定温度的黑体挡片挡住太赫兹镜头并获得预定数量的太赫兹图像，并通过对这些太赫兹图像进行处理获得镜头补偿参数，解决了使用快门校正时不能校正太赫兹镜头非均匀性的问题，保证了良好的成像效果。

附图说明

图1是本发明一个实施例的太赫兹成像仪镜头补偿方法的流程示意图。

图2是本发明一个实施例的安放镜头补偿装置的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明的实施例。

在使用太赫兹成像仪进行正常的成像时，通常需要使用镜头补偿参数对获得的图像进行补偿。该补偿参数是存储在太赫兹成像仪中的存储器中，在需要进行镜头补偿时，从存储器中读出该镜头补偿参数并对图像进行镜头补偿；此外，在使用太赫兹成像仪进行正常的成像过程中，在某些情况下（例如，当太赫兹镜头的条件发生变化时），镜头补偿条件会发生变化，此时，需要重新计算镜头补偿参数，并用计算出的镜头补偿参数更新存储的镜头补偿参数以供后续的正常太赫兹成像使用。

图1即为本发明一个实施例的太赫兹成像仪镜头补偿方法的流程示意图。如图1所示，本实施例中，一种太赫兹成像仪镜头补偿方法包括步骤10、步骤12、步骤14、步骤16、步骤18、步骤20、步骤22、步骤26和步骤28。下面将对图1中的实施例的各个步骤进行详细说明。

步骤10：获取一点校正参数。

在太赫兹成像中，使用快门对太赫兹成像系统进行一点校正，获得一点校正参数。一点校正参数通常包括拉伸参数G和增益参数O。

本发明的实施例的太赫兹成像仪镜头补偿方法中，在步骤10中，获得太赫兹成像仪的一点校正参数，也就是获得太赫兹成像仪的拉伸参数G和增益参数O。

本发明的实施例中，可以使用本领域通常的方法计算或者获得一点校正参数，在此不再详述。

步骤12：放置遮光筒和黑体挡片。

计算太赫兹成像仪的镜头补偿参数，可以通过在特定环境下对黑体进行太赫兹成像，然后对所获得的太赫兹图像进行处理而实现。

因此，在步骤12中，用遮光筒遮蔽太赫兹成像仪的太赫兹镜头，并将黑体挡片放置于太赫兹镜头之前。

例如，图2是在太赫兹成像仪的太赫兹镜头上设置遮光筒和黑体挡片的示意图。图2中，使遮光筒6围绕太赫兹成像仪的太赫兹镜头5，遮光筒6中设有固定装置2，黑体挡片1连接到固定装置2上，即黑体挡片1通过固定装置2固定到遮光筒6上。当遮光筒围绕遮蔽太赫兹镜头5时，黑体挡片1位于太赫兹镜头5的前方。

本发明的实施例中，黑体挡片1还可以设有温度控制装置3，该温度控制装置3用于控制黑体挡片1的温度。

本发明的实施例中，遮光筒6、固定装置2和黑体挡片1可以一起形成用于进行镜头补偿的镜头补偿装置。当需要进行镜头补偿参数的计算时，将该镜头补偿装置安放到太赫兹成像仪的太赫兹镜头上，以协助进行镜头补偿参数的计算。当进行正常的太赫兹成像时，从太赫兹镜头上取下该镜头补偿装置即可。

此外，图2中，标号为7的元件是太赫兹成像仪的快门，标号为4的是太赫兹探测器。

本发明的实施例中，黑体挡片1 可以是任何常用的黑体挡片，例如高热导率的金属材料挡片。温度控制装置3可以是任何能够控制黑体挡片1温度的装置。例如，一个实施例中，温度控制装置3为适合的温度控制器，比如半导体制冷器（TEC）等等。

步骤14：设置黑体挡片的温度。

本发明的实施例中，通过对预定温度的黑体挡片1进行太赫兹成像获得太赫兹图像，然后对获得的太赫兹图像进行处理而计算需要的镜头补偿参数。

因此，在步骤14中，可以通过前述的温度控制装置3将黑体挡片1的温度调节至预定温度并保持在该预定温度。

本发明的实施例中，该预定温度可以是任何适合的温度，在零下30度到100度之间即可。

本发明的实施例中，用温度控制装置3控制黑体挡片1的温度的具体过程或者步骤可以与本领域内常用的控制黑体挡片1的过程或者步骤相同或类似，在此不再详述。

步骤16：采集第一数量帧太赫兹图像。

当遮光筒6和黑体挡片1（或者镜头补偿装置）安装完成并且黑体挡片1的温度调节完毕之后。使用太赫兹成像仪并用安装了遮光筒6和黑体挡片1的太赫兹镜头5进行成像，采集第一数量帧太赫兹图像。此时，由于黑体挡片1位于太赫兹镜头5之前，所以获得的太赫兹图像是黑体挡片1透过太赫兹镜头5所呈的图像。

例如，太赫兹成像仪的太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列为M×N时，每一帧太赫兹图像将包含M×N个像素点，每个像素点（i,j）具有各自的值U1(i,j)。例如，像素点的该值可以用该像素点对应的探测单元的响应电压表示。这里，M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数，i、j分别表示一个像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)。

用太赫兹成像仪进行成像的具体步骤可以使用本领域内常用的步骤，在此不再详述。

本发明的实施例中，步骤16中采集的太赫兹图像的帧的数量可以根据实际情况灵活设定，即上述的“第一数量”的具体值可以灵活设定。例如，一个实施例中，这里的“第一数量”可以是100，即采集100帧太赫兹图像。当然，采集其它数量帧太赫兹图像也是可以的。

步骤18：计算该第一数量帧太赫兹图像的均值太赫兹图像。

获得了第一数量帧太赫兹图像之后，在步骤18中，计算该第一数量帧太赫兹图像的均值，获得均值太赫兹图像。

例如，在该“第一数量”为100的实施例中，使用该100帧太赫兹图像计算均值太赫兹图像可以按照下式进行：

。

其中是计算出来的均值太赫兹图像中像素点（i,j）的值。为第x帧太赫兹图像中像素点（i,j）的值，本实施例中1≤x≤100。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

步骤20：用一点校正参数对均值太赫兹图像进行一点校正，获得校正太赫兹图像。

获得了均值太赫兹图像之后，用在步骤10中获得的一点校正参数对该均值太赫兹图像进行一点校正。例如，对均值太赫兹图像的一点校正可以按照下式进行：

。

其中S(i,j)是一点校正后获得的校正太赫兹图像的像素点（i,j）的值。为前述均值太赫兹图像中像素点（i,j）的值；G(i,j)为在像素点（i,j）处一点校正参数中的拉伸参数，O(i,j)为在像素点（i,j）处一点校正参数中的增益参数。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

步骤22：计算校正太赫兹图像中选定的点的灰度均值。

获得了校正太赫兹图像之后，在该校正太赫兹图像中选择第二数量个像素点，并计算该第二数量个像素点的值的均值。

本发明的实施例中，选择的像素点的数量和位置均可以根据实际情况灵活选择。例如，一个实施例中，可以选择四个像素点。或者，另一个实施例中，选择的第二数量个像素点可以是该校正太赫兹图像中间的像素点。

例如，一个实施例中，选择校正太赫兹图像中间的四个像素点，则其值的均值可以按照下式计算：

。

其中S(i,j)是步骤20中获得的校正太赫兹图像中像素点（i,j）的值。是计算出的选择的四个像素点的值的均值。M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。对于太赫兹探测器的M、N均为偶数。

步骤26：用校正太赫兹图像和均值计算镜头补偿参数。

在步骤22中计算获得了均值之后，即可用该均值和前述的校正太赫兹图像的值计算所需要的镜头补偿参数。

例如，步骤22中的选择校正太赫兹图像的中间四个像素点的实施例中，已经获得中间四个像素点的均值K，则镜头补偿参数可以按照下式获得：

Δ(i,j)=K-S(i,j)。

其中S(i,j)是步骤20中获得的校正太赫兹图像中像素点（i,j）的值。是步骤22计算出的校正太赫兹图像的中间四个像素点的值的均值。Δ(i,j)是镜头补偿参数在像素点（i,j）处的值。其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

步骤28：正常成像，并用镜头补偿参数对所成图像进行补偿。

在步骤26中，已经获得了需要的镜头补偿参数。此时，即可用该获得的镜头补偿参数更新太赫兹成像仪中存储的镜头补偿参数。

更新镜头补偿参数之后，即可用太赫兹成像仪进行正常成像。正常成像时，需要去除在步骤12中安放在太赫兹镜头上的遮光筒6和黑体挡片1，然后用该太赫兹成像仪进行成像。成像后，用步骤26中计算出的更新的镜头补偿参数对太赫兹成像仪所成图像进行补偿。

例如，一个实施例中，对正常成像的太赫兹成像仪所成图像进行补偿可以按照下式进行：

。

其中是镜头补偿后的图像的像素点（i,j）的值，T(i,j)是正常成像的太赫兹成像仪所成图像经过一点校正后获得的图像的像素点（i,j）的值，Δ(i,j)为镜头补偿参数中在像素点（i,j）处的值，其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示太赫兹焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

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。

本发明的实施例中，使用快门进行一点校正之后，再用具有预定温度的黑体挡片挡住太赫兹镜头并获得预定数量的太赫兹图像，并通过对这些太赫兹图像进行处理获得镜头补偿参数，解决了使用快门校正时不能校正太赫兹镜头非均匀性的问题，保证了良好的成像效果。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (6)

1.一种太赫兹成像仪镜头补偿方法，其特征在于，包括：

获取所述太赫兹成像仪镜头的一点校正参数；

用遮光筒遮蔽所述太赫兹成像仪的太赫兹镜头，并将黑体挡片放置于所述太赫兹镜头之前；

将所述黑体挡片的温度调节至预定温度并保持在所述预定温度；

用所述太赫兹镜头采集第一数量帧太赫兹图像；

计算所述第一数量帧太赫兹图像的均值，获得均值太赫兹图像；

用所述一点校正参数对所述均值太赫兹图像进行一点校正，获得校正太赫兹图像；

在所述校正太赫兹图像中选择第二数量个像素点，并计算所述第二数量个像素点的灰度值的均值；

用所述校正太赫兹图像的灰度值和所述第二数量个像素点的灰度值的均值计算镜头补偿参数；

去除所述遮光筒和所述黑体挡片，用所述太赫兹成像仪进行成像，并用所述镜头补偿参数对所述太赫兹成像仪所成图像进行补偿。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述黑体挡片包括温度控制装置，所述温度控制装置控制所述黑体挡片的温度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述温度控制装置是半导体制冷器。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一数量是100。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二数量是4。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二数量个像素点是所述校正太赫兹图像中间的像素点。