CN110006529B - 一种红外探测装置输出校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外探测装置输出校正方法及装置，采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内；对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到拟合结果；对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正。本方法及装置基于采集的数据通过拟合方式获得红外探测装置更广温度范围内的输出，与现有技术相比能够避免购买昂贵的低温黑体、高温黑体等相关设备。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测技术领域，特别是涉及一种红外探测装置输出校正方法及装置。
背景技术
红外成像技术广泛应用于军事、安防监控、火灾检测等诸多领域，然而受制于制作材料、生产工艺等因素，红外探测装置存在所成图像不均匀的问题，具体为将红外探测装置对均匀辐射强度的背景成像，所成图像呈现出不均匀的现象，这严重影响了红外探测装置的成像效果。导致红外探测装置存在图像不均匀的原因主要包括：探测装置各个像元对红外辐射的响应不一致，并且不同像元对红外辐射的响应随温度变化表现出的非均匀性也不同；另外，探测装置的读出电路将感应到的红外辐射转换为电信号，会受电磁干扰、电路噪声等影响，也会引入差异。
当前，对红外探测装置成像非均匀的校正方法主要有一点校正法和两点校正法。一点校正法是在相同辐射强度的情况下，将探测装置各个像元的输出校正为同一值，本方法的缺陷是在红外辐射强度发生变化时，各个像元的响应变化程度不同。两点校正法是通过采集探测装置在高低两个辐射强度下的输出，进行增益和偏移量的校正，本方法是目前最常用和成熟的校正方法，但是随着目标辐射强度的增加，探测装置的输出曲线表现为类似于抛物线的曲线，单独的两点校正方法在输出曲线两端并不适用，两点校正法对于红外探测装置的输出随温度变化是线性的才能取得比较好的校正效果。
分段两点校正法和多点校正法是为克服两点校正法的缺陷而提出的校正方法，然而，这些校正方法需要采集多个温度点的数据包括低温和高温，这就要求具备低温黑体和高温黑体。而一般常用的面源黑体的控温范围在0℃～100℃之间。红外系统应用的实际场景中目标温度涵盖-40℃～200℃，比如天空温度在-20℃以下，电力设备或者工厂设备等大都在100℃以上。能够支持0℃以下的低温黑体价格昂贵，并且需要配置相关的干燥空气来避免黑体表面结霜，高温黑体大多以腔式黑体的形式存在，黑体面积较小、价格高，难以用于红外焦平面探测器的标定使用。因此这使上述校正方法的使用受到了极大的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种红外探测装置输出校正方法及装置，与现有技术相比能够避免购买昂贵的低温黑体、高温黑体等相关设备。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种红外探测装置输出校正方法，包括：
采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内；
对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果；
对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的用于对像元输出进行校正的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正。
优选的，所述预设温度范围为0℃～100℃，包括端点值。
优选的，采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据包括：在同一黑体温度下，采集红外探测装置的预设数量帧输出数据，对于红外探测装置的每一像元，计算预设数量帧输出数据中同一像元的输出数据的平均值，作为采集获得的对应像元的输出数据。
优选的，对应于红外探测装置的每一像元，使用普朗克公式、二次多项式或者三次多项式对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合。
优选的，对应于红外探测装置的每一像元，使用普朗克公式对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，获得的拟合结果表示为：
其中，Vout表示红外探测装置像元的输出数据，T表示黑体温度，R、B、F和C表示常数系数。
优选的，对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，若干个温度点的数量大于2；
根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，对红外探测装置各个像元的输出进行校正包括：若干个温度点中的任意两个相邻温度点划分出一个温度分段，根据红外探测装置各个像元的属于同一温度分段的温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元在同一温度分段的对像元输出进行校正的校正参数。
优选的，获得红外探测装置各个像元在同一温度分段的对像元输出进行校正的校正参数包括：
根据以下公式计算像元(i，j)在一温度分段内的校正因子：
其中，Gij表示像元(i，j)在一温度分段内的校正因子，VoutH(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据，VoutL(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据的平均值，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据的平均值；
计算像元(i，j)在一温度分段内的偏移量因子Oij，根据以下公式对像元(i，j)的输出进行校正：Voutij＝GijXij-Oij，Voutij表示像元(i，j)校正后的输出值，Xij表示像元(i，j)校正前的输出值,Gij表示像元(i，j)的校正因子，Oij表示像元(i，j)的偏移量因子。
优选的，计算像元(i，j)在一温度分段内的偏移量因子Oij包括：将红外探测装置的快门片闭合，采集红外探测装置像元(i，j)的输出数据，获得的输出数据即为像元(i，j)的偏移量因子Oij。
一种红外探测装置输出校正装置，用于执行以上所述的红外探测装置输出校正方法。
由上述技术方案可知，本发明所提供的红外探测装置输出校正方法及装置，首先采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内，然后对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果，进一步对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的用于对像元输出进行校正的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正。
本发明红外探测装置输出校正方法及装置，采集预设温度范围内若干个温度点红外探测装置的输出数据，基于采集的数据通过拟合方式获得红外探测装置更广温度范围内的输出，进而能获得红外探测装置像元的校正参数，实现对红外探测装置的输出进行校正，与现有技术相比能够避免购买昂贵的低温黑体、高温黑体等相关设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种红外探测装置输出校正方法的流程图；
图2为一具体实例中根据七个温度的输出数据拟合出的曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种红外探测装置输出校正方法的流程图，由图可知，本方法包括以下步骤：
S10：采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内。
本实施例中，预设温度范围是指常用的容易获得的黑体温度范围，比如预设温度范围可以是0℃～100℃，包括端点值。可以理解的是预设温度范围也可以是其它容易获得的黑体温度范围。
在不同的黑体温度下，采集红外探测装置每一像元的输出数据。在实际应用中，优选的，可以在同一黑体温度下，采集红外探测装置的预设数量帧输出数据，对于红外探测装置的每一像元，计算预设数量帧输出数据中同一像元的输出数据的平均值，作为采集获得的对应像元的输出数据，这样可以降低采集误差，消除随机噪声。可以在预设温度范围内选取N个不同的温度点进行数据采集，N为大于零的正整数，N越大则后续拟合得到的曲线越精确，但工作量也相应增加，优选的在综合考虑拟合精度和计算效率的情况下，若预设温度范围是0℃～100℃时N可以是7，选取的温度点可分别为0℃、15℃、30℃、45℃、60℃、80℃和100℃。每个温度点下采集10帧数据，并计算每一像元输出的均值。采集获得的七组面阵数据分别记为data1,data2,...,data7。
S11：对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果。
对应于红外探测装置的每一像元，对对应像元在不同黑体温度采集获得的输出数据进行拟合，拟合得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果。在具体实施时可以使用普朗克公式、二次多项式或者三次多项式对温度数据和采集获得的输出数据进行拟合，但并不限于此，也可以使用其它公式对数据进行拟合，也都在本发明保护范围内。
示例性的，本实施例中可以使用普朗克公式对数据进行拟合，获得的拟合结果表示为：
其中，Vout表示红外探测装置像元的输出数据，T表示黑体温度，R、B、F和C表示常数系数。
示例性的，在一具体实例中为了验证拟合效果，对红外探测装置采集0℃、15℃、30℃、45℃、60℃、80℃和100℃这七个温度的数据之后，另外还采集了-15℃黑体温度的数据。使用前七个温度的数据进行拟合得到拟合公式，然后根据拟合公式计算出-15℃对应的输出数据，将计算得到的输出数据与实际采集的-15℃数据做对比，如图2所示，图2为根据七个温度的输出数据拟合出的曲线图，由图可看出对应-15℃的计算值与实际采集值重合度很高，表明了本方法的可行性。
S12：对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的用于对像元输出进行校正的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正。
在获得红外探测装置的每一像元的表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果之后，可以根据拟合结果计算得到探测装置像元在任意温度点的输出数据，可以获得红外探测装置低温段的输出数据以及高温段的输出数据，这样不需要使用高温黑体、低温黑体等相关设备来获得高温段的输出数据、低温段的输出数据，能够降低投入成本，
本方法中根据拟合结果获得红外探测装置像元的不同温度点的输出数据，而后可以使用两点校正法或者多点校正法对红外探测装置的输出进行校正。
优选的，本实施例方法也可以使用根据拟合结果获得的红外探测装置像元的不同温度点的输出数据，使用分段两点校正法对红外探测装置的输出进行校正，具体的，首先对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，若干个温度点的数量大于2，即根据得到的拟合结果计算获得至少两个不同温度点的输出数据。若干个温度点中的任意两个相邻温度点划分出一个温度分段，然后，根据红外探测装置各个像元的属于同一温度分段的温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元在同一温度分段的对像元输出进行校正的校正参数。具体包括以下过程：
S120：根据以下公式计算像元(i，j)在一温度分段内的校正因子：
其中，Gij表示像元(i，j)在一温度分段内的校正因子，VoutH(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据，VoutL(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据的平均值，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据的平均值。
S121：计算像元(i，j)在一温度分段内的偏移量因子Oij。
在具体实施时，可以使用快门校正的方式计算获得红外探测装置像元的偏移量因子，具体为：将红外探测装置的快门片闭合，采集红外探测装置像元(i，j)的输出数据，获得的输出数据即为像元(i，j)的偏移量因子Oij。在采集过程中快门片处于自然稳定状态。
根据上述方法可以计算获得红外探测装置的各个像元在同一温度分段的校正参数，可以获得红外探测装置像元在不同温度分段的校正参数。在使用红外探测装置进行实际探测时，根据获得的校正参数，根据以下公式对红外探测装置像元(i，j)的输出进行校正：Voutij＝GijXij-Oij，Voutij表示像元(i，j)校正后的输出值，Xij表示像元(i，j)校正前的输出值,Gij表示像元(i，j)的校正因子，Oij表示像元(i，j)的偏移量因子。
由上述可知，本实施例公开的红外探测装置输出校正方法，采集预设温度范围内若干个温度点红外探测装置的输出数据，基于采集的数据通过拟合方式获得红外探测装置更广温度范围内的输出，进而能获得红外探测装置像元的校正参数，实现对红外探测装置的输出进行校正，与现有技术相比能够避免购买昂贵的低温黑体、高温黑体等相关设备。
相应的，本发明实施例还提供一种红外探测装置输出校正装置，用于执行以上所述的红外探测装置校正方法。
本实施例红外探测装置输出校正装置，首先采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内，然后对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果，进一步对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的用于对像元输出进行校正的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正。
本实施例红外探测装置输出校正装置，采集预设温度范围内若干个温度点红外探测装置的输出数据，基于采集的数据通过拟合方式获得红外探测装置更广温度范围内的输出，进而能获得红外探测装置像元的校正参数，实现对红外探测装置的输出进行校正，与现有技术相比能够避免购买昂贵的低温黑体、高温黑体等相关设备。
以上对本发明所提供的一种红外探测装置输出校正方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种红外探测装置输出校正方法，其特征在于，包括：
采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据，若干个黑体温度都位于预设温度范围内；
对应于红外探测装置的每一像元，对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，得到表征红外探测装置像元的输出数据与温度的变化关系的拟合结果；
对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，并根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元的用于对像元输出进行校正的校正参数，以根据校正参数对红外探测装置像元的输出进行校正，其中根据得到的拟合结果可获得红外探测装置低温段的输出数据和高温段的输出数据，低温段是指小于0℃的温段，高温段是指大于100℃的温段。
2.根据权利要求1所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，所述预设温度范围为0℃～100℃，包括端点值。
3.根据权利要求1所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，采集红外探测装置的每一像元在若干不同的黑体温度下的输出数据包括：在同一黑体温度下，采集红外探测装置的预设数量帧输出数据，对于红外探测装置的每一像元，计算预设数量帧输出数据中同一像元的输出数据的平均值，作为采集获得的对应像元的输出数据。
4.根据权利要求1所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，对应于红外探测装置的每一像元，使用普朗克公式、二次多项式或者三次多项式对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合。
5.根据权利要求1所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，对应于红外探测装置的每一像元，使用普朗克公式对采集获得的温度数据和输出数据进行拟合，获得的拟合结果表示为：
其中，Vout表示红外探测装置像元的输出数据，T表示黑体温度，R、B、F和C表示常数系数。
6.根据权利要求1所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，对应于红外探测装置的每一像元，根据得到的拟合结果计算获得若干个温度点的输出数据，若干个温度点的数量大于2；
根据计算获得的红外探测装置各个像元不同温度点的输出数据，对红外探测装置各个像元的输出进行校正包括：若干个温度点中的任意两个相邻温度点划分出一个温度分段，根据红外探测装置各个像元的属于同一温度分段的温度点的输出数据，获得红外探测装置各个像元在同一温度分段的对像元输出进行校正的校正参数。
7.根据权利要求6所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，获得红外探测装置各个像元在同一温度分段的对像元输出进行校正的校正参数包括：
根据以下公式计算像元(i，j)在一温度分段内的校正因子：
其中，Gij表示像元(i，j)在一温度分段内的校正因子，VoutH(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据，VoutL(i，j)表示像元(i，j)在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较高温度点的输出数据的平均值，
表示红外探测装置所有像元在一温度分段内选取的较低温度点的输出数据的平均值；
计算像元(i，j)在一温度分段内的偏移量因子Oij，根据以下公式对像元(i，j)的输出进行校正：Voutij＝GijXij-Oij，Voutij表示像元(i，j)校正后的输出值，Xij表示像元(i，j)校正前的输出值,Gij表示像元(i，j)的校正因子，Oij表示像元(i，j)的偏移量因子。
8.根据权利要求7所述的红外探测装置输出校正方法，其特征在于，计算像元(i，j)在一温度分段内的偏移量因子Oij包括：将红外探测装置的快门片闭合，采集红外探测装置像元(i，j)的输出数据，获得的输出数据即为像元(i，j)的偏移量因子Oij。
9.一种红外探测装置输出校正装置，其特征在于，用于执行权利要求1-8任一项所述的红外探测装置输出校正方法。
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