CN110361094B - 凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置，包括：根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。在本发明中，参与线性拟合的参量多样化，能够更客观地反映待校正设备自身在不同环境下的热辐射特性，能够适应于各种不同的环境条件，有较好的校正效果，恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，只需一次校正，提高了效率，采用的一线校正法的数学模型简单。

Description

凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置

技术领域

本发明涉及红外热成像的技术领域，是一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置。

背景技术

红外热成像技术是被动感应场景内物体自身的热辐射来成像的技术，它具有夜视和非接触式测温两大独特的能力。近年来，随着生产工艺技术的进步，使其成本越来越低，从而在军事、工业、民用市场上得到了更广泛的应用。

热成像设备基于焦平面阵列的生产工艺制备而成，双臂桥架结构的焦平面阵列位于真空腔内。由于制备焦平面阵列时的工艺技术、材料均匀性、温度等的细微不同，会导致焦平面阵列上的各个探测器有细微的差异，这种差异在使用中表现为在相同的热辐射源下，各个探测器的响应值不同，处理这个响应值不同的方法就称为非均匀性校正方法。非均匀性校正方法的作用就是把各个探测器不同的响应值修正为相同的值，以达到基本的成像与测温的要求。

从上世纪60年代出现阵列式热成像技术以来，非均匀性校正技术一直是研究的热点。多年来，出现了众多不同的非均匀性校正方法，从基本的一点校正法和至今运用最广泛的多段两点校正法，到基于场景的校正法、基于神经网络的校正法等等。这些方法都存在不同的不足之处，如两点校正法，在进行预校正时，需要把工作温度划分为多段，在每个温度段内分别进行预校正(如：分为低温、常温、高温三段，然后分别进行预校正)。实现时，在不同温度段内采集黑体炉的高、低两个黑体温度面的值，通过这两个值计算出不同温度段对应的校正系数并存储，进而再将存储的多组校正系数用于实际的校正过程中，而在实际环境与预校正时的环境差异增大时，校正效果会逐渐变差。即两点校正法存在生产效率低(因为需要分段校正)、校正效果不稳定、对硬件噪声水平和红外探测器本底质量要求较高等缺点；而各种不同的基于场景的校正法和基于神经网络的校正法往往具有复杂的数据模型，对热成像设备的硬件性能要求较高，且需要多次迭代，当目标场景快速变化时，会产生图像拖尾等问题。

综上，现有的非均匀性校正方法存在生产效率低、生产工艺过程复杂、校正效果差的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置，以解决现有的非均匀性校正方法生产效率低、生产工艺过程复杂、校正效果差的技术问题。

本发明提供了一种非均匀性校正方法，包括：

根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，所述常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，所述恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且所述恒温箱内的温度能够覆盖所述待校正设备的工作温度范围；所述目标温度值包括以下全部或者部分：所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，所述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正。

进一步的，所述一线校正法的数学模型对不带快门机构的待校正设备适用，也对带快门机构的待校正设备适用。

进一步的，所述一线校正法的数学模型包括：动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型。

进一步的，基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，包括：

根据所述待校正设备的硬件性能确定目标数学模型，其中，所述目标数学模型为对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合时，采用的数学模型，且所述目标数学模型为所述动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，以及全局偏置值和积分时间都不变的数学模型中的任一数学模型；

基于所述目标数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到所述校正系数。

进一步的，所述动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型包括：y＝a′_i,jx′+f(x″)+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置，x″表示积分时间，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，f(x″)＝a″_i,jx″²+b″_{i, j}x″+c″_i,j或者f(x″)＝a″_i,jx″+b″_i,j，a′_i,j、a″_i,j、b″_i,j、c″_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

进一步的，所述积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型包括：y＝a′_{i, j}x′+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置值，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，a′_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

进一步的，所述全局偏置值和积分时间都不变的数学模型包括：y＝(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

进一步的，当所述待校正设备为带快门机构的待校正设备时，基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，包括：

依据所述动态调节全局偏置值、动态调节积分时间的数学模型，或者依据所述积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，或者依据所述全局偏置值和积分时间都不变的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j。

进一步的，当所述待校正设备为带快门机构的待校正设备时，将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正包括：

将所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j代入至所述待校正设备中的校正公式

中，以对所述待校正设备的实测值进行校正，得到校正结果，其中，y表示校正结果，c_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数，x_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的输出值，B_i,j表示所述快门机构的值，

表示所述快门机构的值的平均值。

本发明还提供了一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置，包括：

采集模块，用于根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，所述常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，所述恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且所述恒温箱内的温度能够覆盖所述待校正设备的工作温度范围；所述目标温度值包括以下全部或者部分：所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

线性拟合模块，用于基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，所述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

存储模块，用于将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正。

在本发明实施例中，先根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值，上述恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，上述目标温度值包括以下全部或者部分：待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；然后，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数，上述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；最后，将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。通过上述描述可知，参与线性拟合的参量多样化，能够更客观地反映待校正设备自身在不同环境下的热辐射特性，从而能够适应于各种不同的环境条件，在全工作温度段内都有较好的校正效果，另外，恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，只需一次校正测量，得到一组校正系数，大大提高了生产效率，优化了生产工艺过程，此外，在进行线性拟合时，采用的一线校正法的数学模型是由乘法和加减法构成的，模型简单，缓解了现有的非均匀性校正方法生产效率低、生产工艺过程复杂、校正效果差的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法进行详细介绍。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，目标温度值包括以下全部或者部分：待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

传统的两点校正法采集的是黑体炉的高、低两个黑体温度面的值，通过这两个值计算出校正系数。但是，由于焦平面阵列上的各个探测器被动感应黑体炉的热辐射量，因此，探测器自身发热、周边物体的热反射等因素都会影响测量值的准确性。

当使用黑体炉作为校正时的标准温度面时，由于黑体炉离待校正设备的镜头很近，黑体炉的温度会对待校正设备内部的环境产生直接的影响，使得热辐射在镜头与焦平面阵列之间的前腔室内形成反射、折射等现象，这就会降低校正测量过程的准确性，对结果产生不利影响。

在本发明实施例中，采用常温被动式均匀温度面作为标准温度面，有效避免了外部热反射和折射等问题，使得校正测量时的环境(即采集的各个温度值)与实际工作时的环境差异最小化，进而提高了校正精度。

本发明实施例中的非均匀性校正方法也是一种预校正，即在工厂中模拟实际环境提前进行校正，得到校正系数，进而将得到的校正系数写入待校正设备，使得待校正设备对实际环境的实测值进行校正。

在进行校正时，将常温被动式均匀温度面和待校正设备置于恒温箱内，常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，便面距离待校正设备2cm左右，与待校正设备前端面保持平行。

待校正设备可以是带镜头校正，也可以是无镜头校正。如果是带镜头校正，则应把镜头焦距调到无穷远处，这通常有利于减小甚至消除某些镜头形成的锅盖现象或者中心亮斑现象。

将待校正设备的数据接口连接控制/数据接收设备(如电脑等)。

启动恒温箱的温度控制流程，该温度控制流程能够使恒温箱温度的变化范围覆盖待校正设备的设计工作温度范围，控制温度从低温到高温匀速变化。

在控制/数据接收设备上根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值，上述预设采样周期可以为5秒至30秒之间的时间。

连续采样，直至恒温箱走完一个温度控制流程。

步骤S104，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

在得到常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，就能得到校正系数。

在本发明实施例中，上述一线校正的数学模型是由乘法和加减法构成的数学模型。

步骤S106，将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。

在对实测值进行校正时，待校正设备中包含有上述一线校正法的数学模型，将步骤S104中计算得到的校正系数代入一线校正法的数学模型后，每当待校正设备测得一组实测值，对应的就能根据带有校正系数的一线校正法的数学模型输出得到一组校正结果，完成校正。

在本发明实施例中，先根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值，上述恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，上述目标温度值包括以下全部或者部分：待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；然后，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数，上述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；最后，将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。通过上述描述可知，参与线性拟合的参量多样化，能够更客观地反映待校正设备自身在不同环境下的热辐射特性，从而能够适应于各种不同的环境条件，在全工作温度段内都有较好的校正效果，另外，恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，只需一次校正测量，得到一组校正系数，大大提高了生产效率，优化了生产工艺过程，此外，在进行线性拟合时，采用的一线校正法的数学模型是由乘法和加减法构成的，模型简单，缓解了现有的非均匀性校正方法生产效率低、生产工艺过程复杂、校正效果差的技术问题。

上述内容对本发明的凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。

在本发明的一个可选实施例中，依据待校正设备在实际工作时是否动态调节全局偏置值和积分时间值的不同组合，选择相应的数学模型形式进行数据拟合与校正。另外，上述一线校正法的数学模型对不带快门机构的待校正设备适用，也对带快门机构的待校正设备适用。

一线校正法的数学模型包括：动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型。

在本发明的另一个可选实施例中，参考图2，当待校正设备为不带快门机构的待校正设备时，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合包括如下步骤：

步骤S201，根据待校正设备的硬件性能确定目标数学模型，其中，目标数学模型为对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合时，采用的数学模型，且目标数学模型为动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型中的任一数学模型；

实现时，根据待校正设备的硬件性能和应用环境要求，确定目标数学模型。如果待校正设备的硬件性能(具体是指待校正设备的稳定性或者叫可重复测量性)较好，就可以采用动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型，从而实现无档校正；如果待校正设备的硬件性能较差，就可以使用一线校正法的有档形式(后续内容再对其进行介绍)。

步骤S202，基于目标数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数。

在本发明的一个可选实施例中，动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型包括：y＝a′_i,jx′+f(x″)+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置，x″表示积分时间，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，f(x″)＝a″_i,jx″²+b″_i,jx″+c″_i,j或者f(x″)＝a″_i,jx″+b″_i,j，a′_i,j、a″_i,j、b″_i,j、c″_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

探测器的全局偏置都有一个可调节范围，典型的如1～14，探测器的积分时间的可调节范围假设为5～50毫秒，目标热辐射响应值(即常温被动式均匀温度面的输出值)通常为14位，范围在0～16383之间。可以把全局偏置的值调节范围定义在3～11之间，把积分时间的调节范围定在15～45毫秒之间，把常温被动式均匀温度面的输出值的平均值(或者某个参考点、参考区域平均值)S_m定义在5000至9000之间。在校正测量和实际运行过程中，动态调节全局偏置值和积分时间，使得S_m值总是处于预设范围内。

将每次采样对应的待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、常温被动式均匀温度面的输出值、常温被动式均匀温度面的输出值的平均值、全局偏置值、积分时间值代入上式，然后进行线性拟合，得到校正系数a′_i,j、a″_i,j、b″_i,j、c″_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j的值。

上述焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值”这几个量可以是全部，也可以是一部分引入公式中。

把上述校正系数和对应的一线校正法的数学模型存储在待校正设备中，在待校正设备使用过程中，采集与校正测量时对应的各个参数(焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、每个探测器的热辐射输出值、全局偏置值、积分时间值)，代入公式，得到非均匀性校正结果。

在本发明的一个可选实施例中，积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型包括：y＝a′_i,jx′+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置值，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，a′_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

积分时间值不变，动态调节全局偏置值的过程与“动态调节全局偏置值和积分时间值”中的过程相似，在此不再赘述。

将每次采样对应的待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、常温被动式均匀温度面的输出值、常温被动式均匀温度面的输出值的平均值、全局偏置值后代入上式，然后进行线性拟合，得到校正系数a′_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j的值。

把上述校正系数和对应的一线校正法的数学模型存储在待校正设备中，在待校正设备使用过程中，采集与校正测量时对应的各个参数(焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、每个探测器的热辐射输出值、全局偏置值)，代入公式，得到非均匀性校正结果。

在本发明的一个可选实施例中，全局偏置值和积分时间都不变的数学模型包括：y＝(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

将每次采样对应的待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、常温被动式均匀温度面的输出值、常温被动式均匀温度面的输出值的平均值代入上式，然后进行线性拟合，得到校正系数a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j的值。

把上述校正系数和对应的一线校正法的数学模型存储在设备中，在待校正设备使用过程中，采集与校正测量时对应的各个参数(焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、每个探测器的热辐射输出值)，代入公式，得到非均匀性校正结果。

具体实现的过程可以参考上述动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型的过程，在此不再赘述。

在本发明的一个可选实施例中，当待校正设备为带快门机构的待校正设备时，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，包括：

依据动态调节全局偏置值、动态调节积分时间的数学模型，或者依据积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，或者依据全局偏置值和积分时间都不变的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j。

在设备实际使用过程中，按照所选择的不同的一线校正法的数学模型，相应地调节全局偏置值、积分时间值，全局偏置值和积分时间值的调节方法与前述“动态调节全局偏置值和积分时间值”相似，在此不再赘述。

进而，将焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j代入至待校正设备中的校正公式

中，以对待校正设备的实测值进行校正，得到校正结果，其中，y表示校正结果，c_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数，x_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的输出值，B_i,j表示快门机构的值，

表示快门机构的值的平均值。

在本发明的一个可选实施例中，常温被动式均匀温度面的表面平整，且对待校正设备的工作频段无反射、不透明。

在本发明实施例中，常温被动式均匀温度面可以是平板结构，也可以是单面开孔的中空圆球型结构，还可以为中空锥型结构，本发明实施例对其具体结构不进行限制。但是，要求其表面平整，对待校正设备的工作频段无反射、不透明，对于其热辐射发射率没有具体的要求，但建议其发射率应尽量大一些，更大的发射率在相同条件下具有更大的测量值，在公式拟合时具有相对较小的残差。

下面将本发明中的非均匀性校正方法与传统的非均匀性校正方法进行对比，以此来说明本发明中的非均匀性校正方法的优点：

(1)多变量非均匀性校正模型(即本发明中的一线校正法的数学模型)能够更好地反映设备实际运行中的状态。

在传统的一点、两点校正和基于场景的校正方案中，直接参与校正计算的只有目标响应值，或者最多再间接引入前腔室温度/靶面温度值之一，这可以在空间上达到非均匀性校正的目的。但因为焦平面阵列内各个探测器在不同环境温度下的响应率并非线性关系，当外部环境与校正时的环境差异增大时，校正效果将会逐渐变差，这是早期的热成像设备必须引入快门机构、而且必须采用分段校正的主要原因之一。

在一线校正法的数学模型中引入了全局偏置、积分时间、前后腔室温度等变量，能够更客观地反映待校正设备自身在不同环境下的热辐射特性，从而能够适应于各种不同的环境条件，在全工作温度段内都有较好的校正效果。

(2)全局偏置与积分时间动态调节，有效扩大了待校正设备的工作温度范围。

一线校正法的数学模型中，全局偏置与积分时间可以在待校正设备运行过程中动态调节，这能够有效增大待校正设备的工作温度范围，使待校正设备始终处于其硬件电气特性的最佳线性区域，也使得在运行过程中动态适应不同的目标温度范围成为可能。

(3)不用分段，一次校正即可覆盖全工作温度范围。

传统的两点校正方案需要把工作温度划分为多个段，在每个温度段分别进行非均匀性校正，通常把环境温度分为低温、常温、高温三段，对应的就需要存储三组不同的校正系数。

一线校正法只需要一次校正，使用一组校正系数。

由于是一次性针对全工作温度段范围测量后得出的校正系数，校正系数在全工作温度段范围内都适用，而且不会产生如两点法的图像劣化现象；一线校正法的数学模型是兼顾了空间和时间的校正模型，但运算过程只在当前空间画面上进行，没有前、后帧预测，因此不会产生场景法的拖尾等现象。

(4)非均匀性校正与测温校正同步完成。

对于测温功能，只需要在一线校正完成后，在常温环境下做温度校准即可，这使得不用再将产品线分为成像型与测温型两种形态。

(5)数学模型同时兼顾带快门机构和不带快门机构的产品设计。

一线校正法统一了传统的带快门机构和不带快门机构的硬件结构设计。当带有快门机构时，其模型是一线校正法的数学模型的一个子集。这对于市场上已有的大量成像产品来说，升级工作只需要做少量的软件修改，甚至只需要按一线校正法的实现工艺重新校正即可，通常不需要对硬件结构做任何改变，这有利于推广应用和对现有设备进行升级。

(6)针对硬件性能较差、探测器本底质量不好的设备，可以采用一线校正法的带有快门机构的设计，这能够在一定程度上弥补硬件缺陷造成的产品质量问题。

在一线校正法基础上的带有快门机构的设计实现，虽然在校正模型、硬件、软件、快门机构控制等方面与传统的两点校正法几乎完全一样，但其效果远优于传统方法。

带有快门机构的待校正设备在使用过程中，当图像劣化时，可以通过快门机构来消除劣化现象。基于传统两点校正法的有快门机构的设备中，快门机构只能减轻而不能消除劣化问题，而且随着环境温度与校正测量时的差异增大，其劣化程度也越来越大。

基于一线校正技术的带有快门机构的设备，能在全工作温度段内有效消除图像劣化，校正效果始终一致，不会时好时坏。

快门机构的工作机制是间隔一定时间、或者温度变化一定量时，使快门机构动作以消除图像劣化。频繁的快门机构动作会干扰图像显示，降低用户体验。在传统设计中，根据待校正设备硬件质量的不同，快门机构间隔一般定在最小30秒～3分钟左右，把前腔室温度变化量定为大于±0.5℃左右，这两个条件同时起作用。

基于一线校正法的带有快门机构的设计，快门机构的动作间隔时间可以定得比传统两点法长得多。比如在一个典型的产品实现中，把快门机构间隔设定为最小0.5小时增量0.5小时。

(7)一线校正法的数学模型复杂度与传统两点校正法相当。

一线校正法相较于多段两点校正法其计算量基本相当，其数学模型全部由乘法与加减法构成，有利于在FPGA、DSP等硬件中的实现。

(8)相较于传统两点校正法，一线校正法具有更少的盲点数。

由于一线校正法具有全局偏置和积分时间动态可调的特性，在两点校正法中的响应率过大、过小和截距离平均线过远这三类盲点的定义标准可以大幅度放宽，从而使得一线校正法在相同待校正设备上有更少的盲点数。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置，该凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法，以下对本发明实施例提供的凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置做具体介绍。

图3是根据本发明实施例的一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置的示意图，如图3所示，该凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置主要包括采集模块10、线性拟合模块20和存储模块30，其中：

采集模块，用于根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围；目标温度值包括以下全部或者部分：待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

线性拟合模块，用于基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

存储模块，用于将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。

在本发明实施例中，先根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值，上述恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，上述目标温度值包括以下全部或者部分：待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；然后，基于一线校正法的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数，上述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；最后，将校正系数存储至待校正设备，以使待校正设备基于校正系数对待校正设备的实测值进行校正。通过上述描述可知，参与线性拟合的参量多样化，能够更客观地反映待校正设备自身在不同环境下的热辐射特性，从而能够适应于各种不同的环境条件，在全工作温度段内都有较好的校正效果，另外，恒温箱内的温度能够覆盖待校正设备的工作温度范围，只需一次校正测量，得到一组校正系数，大大提高了生产效率，优化了生产工艺过程，此外，在进行线性拟合时，采用的一线校正法的数学模型是由乘法和加减法构成的，模型简单，缓解了现有的非均匀性校正方法生产效率低、生产工艺过程复杂、校正效果差的技术问题。

可选地，一线校正法的数学模型对不带快门机构的待校正设备适用，也对带快门机构的待校正设备适用。

可选地，一线校正法的数学模型包括：动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型。

可选地，线性拟合模块还用于：

根据待校正设备的硬件性能确定目标数学模型，其中，目标数学模型为对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合时，采用的数学模型，且目标数学模型为动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，以及全局偏置值和积分时间都不变的数学模型中的任一数学模型；

基于目标数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到校正系数。

可选地，动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型包括：y＝a′_i,jx′+f(x″)+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置，x″表示积分时间，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，f(x″)＝a″_i,jx″²+b″_i,jx″+c″_i,j或者f(x″)＝a″_i,jx″+b″_i,j，a′_i,j、a″_i,j、b″_i,j、c″_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

可选地，积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型包括：y＝a′_i,jx′+(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x′表示全局偏置值，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，a′_i,j、a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

可选地，全局偏置值和积分时间都不变的数学模型包括：y＝(a″′_i,jx₁+b″′_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，(x₁、x₂、......)表示待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值和环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示常温被动式均匀温度面的输出值，a″′_i,j、b″′_i,j、c_i,j和d_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

可选地，当待校正设备为带快门机构的待校正设备时，线性拟合模块还用于：

依据动态调节全局偏置值、动态调节积分时间的数学模型，或者依据积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，或者依据全局偏置值和积分时间都不变的数学模型对常温被动式均匀温度面的输出值和目标温度值进行线性拟合，得到焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j。

可选地，当待校正设备为带快门机构的待校正设备时，存储模块还用于：

将焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j代入至待校正设备中的校正公式

中，以对待校正设备的实测值进行校正，得到校正结果，其中，y表示校正结果，c_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的校正系数，x_i,j表示焦平面阵列中各个探测器的输出值，B_i,j表示快门机构的值，

表示快门机构的值的平均值。

该实施例二中的具体内容可以参考上述实施例一中的描述，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正方法，其特征在于，包括：

根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，所述常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，所述恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且所述恒温箱内的温度能够覆盖所述待校正设备的工作温度范围；所述目标温度值包括以下全部或者部分：所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，所述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正；

所述一线校正法的数学模型对不带快门机构的待校正设备适用，也对带快门机构的待校正设备适用；

所述一线校正法的数学模型包括：动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型。

2.根据权利要求1所述的非均匀性校正方法，其特征在于，基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，包括：

根据所述待校正设备的硬件性能确定目标数学模型，其中，所述目标数学模型为对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合时，采用的数学模型，且所述目标数学模型为所述动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，以及全局偏置值和积分时间都不变的数学模型中的任一数学模型；

基于所述目标数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到所述校正系数。

3.根据权利要求1所述的非均匀性校正方法，其特征在于，

所述动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型包括：y＝a'_i,jx'+f(x”)+(a”'_i,jx₁+b”'_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x'表示全局偏置，x”表示积分时间，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，f(x”)＝a”_i,jx”²+b”_i,jx”+c”_i,j或者f(x”)＝a”_i,jx+”b_i,j，a'_i,j、a”_i,j、b”_i,j、c”_i,j、a”'_i,j、b”'_i,j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

4.根据权利要求1所述的非均匀性校正方法，其特征在于，

所述积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型包括：y＝a'_i,jx'+(a”'_i,jx₁+b”'_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，x'表示全局偏置值，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，a'_i,j、a”'_i,j、b”'_i,j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

5.根据权利要求1所述的非均匀性校正方法，其特征在于，

所述全局偏置值和积分时间都不变的数学模型包括：y＝(a”'_i,jx₁+b”'_i,jx₂+......)+c_i,jx_i,j+d_i,j；其中，y表示所述常温被动式均匀温度面的输出值的平均值，(x₁、x₂、......)表示所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、所述前腔室温度值、所述后腔室温度值和所述环境温度测量值中的部分或全部，x_i,j表示所述常温被动式均匀温度面的输出值，a_i”_,'_j、b_i”_,'_j、c_i,j和d_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的非均匀性校正方法，其特征在于，当所述待校正设备为带快门机构的待校正设备时，基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，包括：

依据所述动态调节全局偏置值、动态调节积分时间的数学模型，或者依据所述积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型，或者依据所述全局偏置值和积分时间都不变的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j。

7.根据权利要求6所述的非均匀性校正方法，其特征在于，当所述待校正设备为带快门机构的待校正设备时，将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正包括：

将所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数c_i,j代入至所述待校正设备中的校正公式

中，以对所述待校正设备的实测值进行校正，得到校正结果，其中，y表示校正结果，c_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的校正系数，x_i,j表示所述焦平面阵列中各个探测器的输出值，B_i,j表示所述快门机构的值，

表示所述快门机构的值的平均值。

8.一种凝视型焦平面阵列的非均匀性校正装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于根据预设采样周期采集恒温箱内的常温被动式均匀温度面的输出值，并采集目标温度值；其中，所述常温被动式均匀温度面置于待校正设备前方，所述恒温箱内的温度按照预设温度控制流程进行调节，且所述恒温箱内的温度能够覆盖所述待校正设备的工作温度范围；所述目标温度值包括以下全部或者部分：所述待校正设备中焦平面阵列的靶面温度值、前腔室温度值、后腔室温度值、环境温度测量值、全局偏置值和积分时间值；

线性拟合模块，用于基于一线校正法的数学模型对所述常温被动式均匀温度面的输出值和所述目标温度值进行线性拟合，得到校正系数；其中，所述一线校正的数学模型由乘法和加减法构成；

存储模块，用于将所述校正系数存储至所述待校正设备，以使所述待校正设备基于所述校正系数对所述待校正设备的实测值进行校正；

所述一线校正法的数学模型对不带快门机构的待校正设备适用，也对带快门机构的待校正设备适用；

所述一线校正法的数学模型包括：动态调节全局偏置值和积分时间值的数学模型、积分时间值不变，动态调节全局偏置值的数学模型、全局偏置值和积分时间都不变的数学模型。

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