CN108174127A - 面阵cmos在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法 - Google Patents

面阵cmos在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法 Download PDF

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张晓阳
刘金国
李广泽
万志
刘则洵
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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Abstract

面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法，涉及一种面阵CMOS的相对辐射校正方法，解决现有面阵CMOS探测器在全局快门方式下工作时存在噪声更大、动态范围小、像元响应均匀性差和由于漏光单幅图像内各行的灰度值逐渐变低等问题，积分球粗略辐射定标，寻找出线性响应区域范围；积分球的精细辐射定标，探测器各行响应特性的统计计算，探测器各像素响应系数的计算，探测器各像素斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij的计算，本发明对成像方式进行严格控制，采用积分球辐射定标获取探测器各行的响应特性，对获取的图像数据进行相对辐射校正以提高成像质量，去除固定图形噪声。

Description

面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法
技术领域
本发明涉及一种面阵CMOS的相对辐射校正方法，具体涉及一种面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法。
背景技术
面阵CMOS探测器随着工艺技术的进步，存在体积小、重量轻、功耗低、高帧频的优势，和线阵成像相比，在全局快门方式下工作时整幅图像仅需要一组外方位元素，在未来的高空间和光谱分辨率的超光谱成像和面阵测试应用中有广阔的应用前景。和卷帘快门工作方式相比，面阵CMOS探测器在全局快门方式下工作时存在噪声更大、动态范围小、像元响应均匀性差和单幅图像内各行的灰度值逐渐变低的特点。
寄生光灵敏度(parasitic light sensitivity)，是全局快门CMOS图像传感器的特有参数，也是单幅图像内各行的灰度值逐渐变低的原因。对于全局曝光CMOS图像传感器，阵列中的所有像素同时开始和停止曝光，曝光收集的光生信号电荷储存在如上所述的电荷域或电压域存储节点之中。对于一定阵列规模的CIS，全部像素的读出需要一定的时间，面阵规模越大，读出的时间也就越长，因此第一个像素的读出和最后一个像素的读出就存在时间差。在这段时间差内，由于存在MOS管的漏电以及存储节点受寄生光的干扰(光照产生的光生信号被吸引至存储节点)等情况，这些因素都会对存储节点的信号造成影响。
发明内容
本发明为解决现有面阵CMOS探测器在全局快门方式下工作时存在噪声更大、动态范围小、像元响应均匀性差和由于漏光单幅图像内各行的灰度值逐渐变低等问题，提供一种面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法。
面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法，该方法由以下步骤实现：
步骤一、积分球粗辐射定标，确定CMOS探测器线性响应区域；
步骤二、在确定CMOS探测器线性响应区域内，积分球精辐射定标，计算CMOS探测器各行响应特性，采用CMOS探测器多幅的中间行行的灰度平均值作为基准值，所有像素在校正过程中均以此值作为参考基准进行映射，m为行数；
对于第行，其输出的平均灰度值和入射光能量Lp的关系由该行的响应斜率和偏置系数来表示，p为不同入射光能量所对应的区段点；
步骤三、针对CMOS探测器的第一行的第一个像素，其输出的原始的平均灰度值D11p和入射光能量Lp的关系由该行的响应斜率a11和偏置系数b11表示；
D11p＝a11×Lp+b11
则对于第一行的第一个像素，其校正后的平均灰度值Dadjust_11p与原始的平均灰度值D11p的关系如下：
则对于每个像素，最终的斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij的公式为：
式中，i为行坐标，j为纵坐标。
本发明的有益效果：
1、本发明通过积分球初略定标，寻找探测器各行的线性区重叠范围，从而确定出各行重叠动态范围更宽的工作区域；
2、本发明提出对成像方式进行严格控制，采用积分球辐射定标获取探测器各行的响应特性，对获取的图像数据进行相对辐射校正以提高成像质量，去除固定图形噪声。
3、通过对探测器的精细定标，并通过多幅图像的累加来消除散粒噪声的影响，从而获得探测器各行真实的响应特性曲线；通过统计多幅图像对应行的平均灰度值和标准差，从而确定出现象响应区域的范围，最终获得各像素最终的校正系数，降低固定图形噪声的影响；
附图说明
图1为本发明所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正系统框图；
图2为本发明所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正流程图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正系统，包含带滤光片的积分球、面阵CMOS成像系统、照度计和图像采集及控制系统组成。图像采集及控制系统与各部分相连，控制带滤光片的积分球输出的照度，对面阵CMOS成像系统的积分时间、增益等工作参数及工作模式进行控制，同时接收面阵CMOS成像系统输出的图像数据，记录从照度计输出的照度数据。
本实施方式所述的带滤光片的积分球采用普通卤素灯的积分球，使用红外截止滤光片滤除红外谱段的光线；面阵CMOS成像系统主要采用辰芯公司的面阵CMOS探测器GSENSE2020和Virtex 6系列FPGA；照度计采用蓝菲公司的光探测器进行标定后实现；图像采集及控制系统采用PC机及采集卡实现。
具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正系统的校正方法，
对于面阵CMOS在全局快门工作方式下的辐射校正，计算出每个像素的响应斜率aij和偏置系数bij是有用的；i为行坐标，j为纵坐标。由于在相同的入射光能量下，各行输出的灰度值是不同的，而且随着行数的递增而逐渐下降，因此决定使用多幅的中间行灰度平均值作为基准值，所有像素在校正过程中都以此值作为参考基准进行映射。m为行数。具体校正过程为：
一、积分球粗略辐射定标，寻找出线性响应区域范围；
所述探测器线性响应区域范围的判断标准是：(1)相同曝光时间内多幅图像在相同位置的平均值在行内平均后随入射光照度是线性递增的；(2)相同曝光时间内多幅图像在相同位置的标准差在行内平均后随入射光照度是线性递增的；
二、积分球的精细辐射定标，探测器各行响应特性的统计计算(输出行的平均灰度值和入射光能量的关系可由该行的响应斜率和偏置系数来表示)；
即：对于第行，其输出的平均灰度值和入射光能量Lp的关系由该行的响应斜率和偏置系数来表示，p为不同入射光能量所对应的区段点；
三、探测器各像素响应系数(响应斜率和偏置系数)的计算；
对于第一行的第一个像素，其输出的平均灰度值D11p和入射光能量Lp的关系可由该行的响应斜率a11和偏置系数b11来表示。
D11p＝a11×Lp+b11
则对于第一行的第一个像素，其校正后的平均灰度值Dadjust_11p与原始的平均灰度值D11p的关系如下：
四、探测器各像素斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij的计算。
对于每个像素，最终的斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij的公式为：
也就是可以通过第行的响应斜率和偏置系数及对应像素的响应斜率aij和偏置系数bij获得各像素的斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij。
本实施方式中，粗精辐射定标的要求为：要求探测器的工作谱段范围不能超过照度计的谱段范围，否则采用积分球出口处的滤光片滤除照度计不能探测器的工作响应谱段的光线。

Claims (4)

1.面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：
步骤一、积分球粗辐射定标，确定CMOS探测器线性响应区域；
步骤二、在确定CMOS探测器线性响应区域内，积分球精辐射定标，计算CMOS探测器各行响应特性，采用CMOS探测器多幅的中间行行的灰度平均值作为基准值，所有像素在校正过程中均以此值作为参考基准进行映射，m为行数；
对于第行，其输出的平均灰度值和入射光能量Lp的关系由该行的响应斜率和偏置系数来表示，p为不同入射光能量所对应的区段点；
步骤三、针对CMOS探测器的第一行的第一个像素，其输出的原始的平均灰度值D11p和入射光能量Lp的关系由该行的响应斜率a11和偏置系数b11表示；
D11p＝a11×Lp+b11
则对于第一行的第一个像素，其校正后的平均灰度值Dadjust_11p与原始的平均灰度值D11p的关系如下：
则对于每个像素，最终的斜率校正系数aadjust_ij和偏置校正系数badjust_ij的公式为：
式中，i为行坐标，j为纵坐标。
2.根据权利要求1所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法，其特征在于，步骤一中，确定CMOS探测器线性响应区域范围的判定标准为：一、相同曝光时间内多幅图像在相同位置的平均值在行内平均后随入射光照度是线性递增的；二、相同曝光时间内多幅图像在相同位置的标准差在行内平均后随入射光照度是线性递增的。
3.根据权利要求1所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法，其特征在于，积分球粗辐射定标和精辐射定标的要求为：要求探测器的工作谱段范围小于等于照度计的谱段范围。
4.根据权利要求1所述的面阵CMOS在全局快门工作方式下的相对辐射校正方法校正系统，其特征是，包括带滤光片的积分球、面阵CMOS成像系统、照度计和图像采集及控制系统；图像采集及控制系统控制带滤光片的积分球输出的照度，对面阵CMOS成像系统的积分时间、增益工作参数及工作模式进行控制，同时接收面阵CMOS成像系统输出的图像数据，记录从照度计输出的照度数据。
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