CN108519161A - 一种红外焦平面非均匀性校正方法 - Google Patents

一种红外焦平面非均匀性校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108519161A
CN108519161A CN201810315002.8A CN201810315002A CN108519161A CN 108519161 A CN108519161 A CN 108519161A CN 201810315002 A CN201810315002 A CN 201810315002A CN 108519161 A CN108519161 A CN 108519161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
nonuniformity correction
infrared
row
data vector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810315002.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108519161B (zh
Inventor
陈忻
赵云峰
饶鹏
夏晖
韩冰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN201810315002.8A priority Critical patent/CN108519161B/zh
Publication of CN108519161A publication Critical patent/CN108519161A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108519161B publication Critical patent/CN108519161B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/80—Calibration

Abstract

本发明公开了一种红外焦平面非均匀性校正方法。该方法将红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描，并采集图像数据。将行方向扫描的多帧图像，以像元为单位构建数据向量集，计算各像元向量集的各阶统计参数，并根据同一行像元扫描成像场景的一致性，精确计算同一行像元非均匀性校正参数的相关性。同样根据列扫描方向的多帧图像，可得同列像元非均匀性校正参数的相关性。联立各像元的非均匀性校正参数的行间相关性和列间相关性方程，计算得红外焦平面的非均匀性校正参数。本发明可在无需参考源的情况下，快速精确地完成红外焦平面的非均匀性校正。

Description

一种红外焦平面非均匀性校正方法
技术领域：
本发明涉及到红外成像系统信号处理技术，具体指一种应用于面阵型红外焦平面探测器的非均匀性校正方法，它应用于红外成像仪器，特别适合于本身具备扫描或指向机构的红外成像系统。
背景技术
红外遥感技术广泛应用于军事侦查、气象观测、预警监视、测绘以及环境监测等领域。由于器件材料不均匀(晶体缺陷、杂质浓度的不均匀性等)、掩膜误差、缺陷、工艺条件等影响，以及器件与读出电路耦合的非均匀性和采集通道间的非均匀性等，红外焦平面器件存在不可避免的空间非均匀性[1]。红外焦平面器件的非均匀性严重影响红外成像系统的成像质量，限制系统的探测灵敏度。实际应用中，需要对红外探测器输出图像进行非均匀性校正。
目前，非均匀性校正算法分为两类：一类是基于黑体标定的非均匀性校正方法，另一类是基于场景的非均匀性校正方法。基于黑体定标的非均匀性校正方法主要包括两点校正法、多点校正法和曲线拟合校正法等[2]。这类方法需首先采集各温度点的均匀黑体辐射图像，根据定标数据计算校正参数。但由于红外焦平面的非均匀性随工作状态(偏置电压、工作温度等)变化而变化，校正精度会随时间漂移，因此实际应用中需多次反复标定，步骤繁琐，且需要黑体的配合，对于天基遥感仪器增加了系统复杂度。基于场景的非均匀性校正方法主要包括基于统计模型的校正方法、基于图像配准的自适应校正方法和基于神经网络的校正方法等[3][4]。这类校正算法无需参考源，但依赖于成像场景存在运动或变化、符合特定统计特性等假设，可能出现鬼影等现象，且部分算法复杂度高，难以实时运算。
[1]陈钱.红外图像处理技术现状及发展趋势[J].红外技术,2013,35(6):311-318.
[2]陈锐,谈新权.红外图像非均匀性校正方法综述[J].红外技术,2002,24(1):1-3.
[3]张红辉,罗海波,余新荣,等.改进的神经网络红外图像非均匀性校正方法[J].红外技术,2013,35(4):232-237.
[4]樊凡.基于场景的红外非均匀性校正算法研究[D].华中科技大学,2015.
发明内容：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种红外焦平面非均匀性校正方法，在无需参考源的情况下，快速精确完成红外焦平面探测器的非均匀性校正，实现红外成像系统的相对辐射定标。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
本发明一种红外焦平面非均匀性校正方法包括以下步骤:
(1)红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描成像并采集数据。扫描成像可以通过二维转台或一维转台转动实现，或者通过扫描镜摆动实现，扫描速度可设置为任意值。
(2)取出沿行扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理。举例说明：焦平面规模为M×N，其中M为行数，N为列数，共采集P帧数据，得到M×N个P维向量。数据预处理是指截取同行像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量。
(3)计算步骤(2)中获得的各像元数据向量的均值m1(i,j)和标准差σ1(i,j)，其中i和j是像元所在的行数和列数；并根据校正后的同行像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同行像元的非均匀性校正参数的相关性方程：
其中，k(i,j)和b(i,j)是像元(i,j)的非均匀性校正参数，第j0列是非均匀性校正的基准列。
(4)取出沿列扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理。数据预处理是指截取同列像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量。
(5)计算步骤(4)中获得的各数据向量的均值m2(i,j)和标准差σ2(i,j)，并根据校正后的同列像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同列像元的非均匀性校正参数的相关性方程：
其中，第i0行是非均匀性校正的基准行。
(6)联立各像元的非均匀性校正参数的行间相关性方程(1)和列间相关性方程(2)，计算得各像元的非均匀性校正参数k(i,j)和b(i,j)与基准像元(i0,j0)的非均匀性校正参数k(i0,j0)和b(i0,j0)的关系，设k(i0,j0)和b(i0,j0)分别为1和0，可计算得k(i,j)和b(i,j)。设任意像元(i,j)非均匀性校正前的灰度为x(i,j)，则该像元非均匀性校正后的灰度y(i,j)为y(i,j)＝k(i,j)x(i,j)+b(i,j)，即实现红外焦平面的非均匀性校正。
与现有技术相比，本发明的有益效果是
1.无需参考源即可实现红外焦平面的快速实时非均匀性校正，降低非均匀性校正的检测成本，降低红外系统复杂度，便于天基红外系统在轨校正。
2.通过多维数据向量统计特征获取非均匀性校正参数，相比其他基于场景的非均匀性校正方法更精确，无鬼影等问题，且计算复杂度低。
3.对于本身具备扫描机构的红外系统，不额外增加装置复杂度。
4.参考源仅需对基准像元进行辐射定标，即可实现红外焦平面的辐射定标。
附图说明
图1为本发明的实现流程图。
图2是同行像元的数据向量的相关性示意图。
图3为预处理前的红外图像。
图4为使用黑体标定法预处理后的红外图像。
图5为利用本发明进行预处理后的红外图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。其中涉及到若干参数，这些参数需要针对具体处理环境进行调节以达到良好的性能。
利用320×256长波红外焦平面探测器组成验证系统，系统放置在二维转台上，非均匀性校正的流程如图1所示。验证系统先沿焦平面行方向扫描成像，采集1000帧数据，构成320×256个1000维向量，取重叠部分得320×256个681维向量，计算各向量的均值和标准差，并得到同行像元的非均匀性校正参数的相关性，如图2所示。然后将验证系统沿焦平面列方向扫描成像采集1000帧数据，构成320×256个1000维向量，取重叠部分得320×256个745维向量，计算各向量的均值和标准差，并得到同列像元的非均匀性校正参数的相关性。联立同行像元的相关性和同列像元的相关性，选取第1行第一列的像元为基准像元，可计算得到各像元的非均匀性校正参数。图3为预处理前的红外图像，图4为使用黑体标定法预处理后的红外图像，图5为利用本发明进行预处理后的红外图像。从图中可看出本发明的方法校正效果良好，场景细节清晰，且无鬼影现象。

Claims (1)

1.一种红外焦平面非均匀性校正方法，其特征在于方法步骤如下：
(1)红外相机以一定速度分别沿着红外焦平面的行方向和列方向扫描成像并采集数据，扫描成像可以通过二维转台或一维转台转动实现，或者通过扫描镜摆动实现，扫描速度可设置为任意值；
(2)取出沿行扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理；焦平面规模为M×N，其中M为行数，N为列数，共采集P帧数据，得到M×N个P维向量，数据预处理是指截取同行像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量；
(3)计算步骤(2)中获得的各像元数据向量的均值m1(i,j)和标准差σ1(i,j)，其中i和j是像元所在的行数和列数；并根据校正后的同行像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同行像元的非均匀性校正参数的相关性方程：
其中，k(i,j)和b(i,j)是像元(i,j)的非均匀性校正参数，第j0列是非均匀性校正的基准列；
(4)取出沿列扫描的多帧红外图像的灰度数据，以像元为单位，构成数据向量集，并进行预处理；数据预处理是指截取同列像元扫描场景重叠部分对应的数据向量部分作为新的数据向量；
(5)计算步骤(4)中获得的各数据向量的均值m2(i,j)和标准差σ2(i,j)，并根据校正后的同列像元的数据向量存在相同的统计特性，获取同列像元的非均匀性校正参数的相关性方程：
其中，第i0行是非均匀性校正的基准行；
(6)联立各像元的非均匀性校正参数的行间相关性方程(1)和列间相关性方程(2)，计算得各像元的非均匀性校正参数k(i,j)和b(i,j)与基准像元(i0,j0)的非均匀性校正参数k(i0,j0)和b(i0,j0)的关系，设k(i0,j0)和b(i0,j0)分别为1和0，可计算得k(i,j)和b(i,j)；设任意像元(i,j)非均匀性校正前的灰度为x(i,j)，则该像元非均匀性校正后的灰度y(i,j)为y(i,j)＝k(i,j)x(i,j)+b(i,j)，即实现红外焦平面的非均匀性校正。
CN201810315002.8A 2018-04-10 2018-04-10 一种红外焦平面非均匀性校正方法 Active CN108519161B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810315002.8A CN108519161B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种红外焦平面非均匀性校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810315002.8A CN108519161B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种红外焦平面非均匀性校正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108519161A true CN108519161A (zh) 2018-09-11
CN108519161B CN108519161B (zh) 2019-11-26

Family

ID=63432396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810315002.8A Active CN108519161B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 一种红外焦平面非均匀性校正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108519161B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111983710A (zh) * 2020-08-14 2020-11-24 西安应用光学研究所 一种用于扫描型红外搜索系统的非均匀性校正方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5420421A (en) * 1992-12-07 1995-05-30 Hughes Aircraft Company Wide dynamic range non-uniformity compensation for infrared focal plane arrays
US20040206898A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 Ratliff Bradley M. Uniform, non-disruptive, and radiometrically accurate calibration of infrared focal plane arrays using global scene motion
US20090194696A1 (en) * 2005-03-24 2009-08-06 Udi Mizrahi Method and System for Determining the Rate of Non Uniformity of Bolometer Based Systems
CN102385701A (zh) * 2011-10-14 2012-03-21 华中科技大学 扫描型红外成像系统的非均匀校正方法
CN102521797A (zh) * 2011-11-04 2012-06-27 华中科技大学 扫描型红外成像系统的场景非均匀校正方法
CN104296876A (zh) * 2013-07-15 2015-01-21 南京理工大学 基于fpga的场景非均匀性校正方法及其装置
CN105547490A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 中国科学院上海技术物理研究所 一种数字tdi红外探测器的实时盲元检测方法
CN107192464A (zh) * 2017-07-12 2017-09-22 中国科学院上海技术物理研究所 一种长波光导红外探测器非均匀性校正电路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5420421A (en) * 1992-12-07 1995-05-30 Hughes Aircraft Company Wide dynamic range non-uniformity compensation for infrared focal plane arrays
US20040206898A1 (en) * 2003-04-15 2004-10-21 Ratliff Bradley M. Uniform, non-disruptive, and radiometrically accurate calibration of infrared focal plane arrays using global scene motion
US20090194696A1 (en) * 2005-03-24 2009-08-06 Udi Mizrahi Method and System for Determining the Rate of Non Uniformity of Bolometer Based Systems
CN102385701A (zh) * 2011-10-14 2012-03-21 华中科技大学 扫描型红外成像系统的非均匀校正方法
CN102521797A (zh) * 2011-11-04 2012-06-27 华中科技大学 扫描型红外成像系统的场景非均匀校正方法
CN104296876A (zh) * 2013-07-15 2015-01-21 南京理工大学 基于fpga的场景非均匀性校正方法及其装置
CN105547490A (zh) * 2015-12-08 2016-05-04 中国科学院上海技术物理研究所 一种数字tdi红外探测器的实时盲元检测方法
CN107192464A (zh) * 2017-07-12 2017-09-22 中国科学院上海技术物理研究所 一种长波光导红外探测器非均匀性校正电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111983710A (zh) * 2020-08-14 2020-11-24 西安应用光学研究所 一种用于扫描型红外搜索系统的非均匀性校正方法
CN111983710B (zh) * 2020-08-14 2023-07-28 西安应用光学研究所 一种用于扫描型红外搜索系统的非均匀性校正方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108519161B (zh) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109341864B (zh) 一种轻小型宽动态空间红外定量测量装置
CN102540166B (zh) 一种基于优化算法的高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN106291512A (zh) 一种阵列推扫式激光雷达测距非均匀性校正的方法
CN105043552B (zh) 比色测温系统显示与标定方法
CN102279393A (zh) 一种基于多光谱传感器对高光谱传感器交叉辐射定标方法
CN106600646B (zh) 一种红外摆扫相机在轨图像均匀性校正方法
CN107341780A (zh) 一种红外图像预处理校正方法
CN111524196B (zh) 一种摆扫大幅宽光学卫星在轨几何标定方法
CN105890873A (zh) 一种热红外高光谱成像仪盲元检测的装置和方法
CN106644078A (zh) 一种用于太赫兹图像非均匀性校正的方法
CN108519161B (zh) 一种红外焦平面非均匀性校正方法
Liu et al. Multispectral registration method based on stellar trajectory fitting
CN112634373A (zh) 基于零膨胀陶瓷标定板的视觉测量系统动态校正方法
CN104050661A (zh) 面扫描三维测量系统精度的实时调整方法
CN104111080B (zh) 一种凝视卫星面阵ccd相机的mtf在轨检测方法
CN108742531A (zh) 一种基于大范围oct扫描的成像修正方法
CN110146173B (zh) 基于红外测温技术的测温一致性校验方法
CN116380257A (zh) 一种基于双重阈值的红外焦平面探测器闪元测试方法
CN201277864Y (zh) 内方位元素及畸变测试仪
CN113870150B (zh) 基于连续多张遥感图像反演航天器低频振动参数的方法
CN105046674A (zh) 一种多元并扫红外ccd图像的非均匀化校正方法
CN113970374A (zh) 一种分焦平面偏振探测系统定标方法
CN104143180B (zh) 一种多线列时差扫描亚像元图像非均匀校正方法
Han et al. A novel orientation algorithm for a bio-inspired polarized light compass
CN111896100B (zh) 星载太阳辐射计无遮拦视场角测量方法、系统及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant