CN110595630B - 基于探测器温度的多点非均匀校正的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，包括以下步骤：在探测器工作温度范围内采集多幅均匀的背景图像，保存各背景图像的本底信息，并记录对应的探测器温度AD值；根据采集的各背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合探测器当前温度下的本底；将探测器依次稳定在多个不同的温度点，在各温度点下分别采集高温背景和低温背景，计算探测器不同温度点对应的增益，并保存增益数据，同时保存对应的探测器温度AD值；利用探测器不同温度点对应的增益拟合探测器当前温度对应的增益；利用探测器当前温度下的本底以及探测器当前温度对应的增益，对红外图像进行校正。本发明无需打快门，节约生产成本，且能够自适应的校正红外图像。
Description
技术领域
本发明涉及红外图像处理领域，尤其涉及一种基于探测器温度的多点非均匀校正方法。
背景技术
红外焦平面阵列是一种兼具辐射敏感和信号处理功能的新一代红外探测器，是现代红外成像系统的关键器件。由于受材料和制造工艺等原因的影响，各个探测单元的响应率不一致，导致红外焦平面阵列存在普遍的非均匀性,从而影响红外探测器成像的质量。
现有的解决红外图像非均匀性，通过周期的打快门来获取本底数据，对红外图像进行校正。打快门会中断探测过程，影响红外探测器的应用，还会增加成本。此外，现有的红外探测器，每次需要提前计算好增益并导入探测器中，但在实际的使用中，环境温度变化，从而影响探测器的温度，由于红外图像是根据温度来成像，受环境温度的影响极大，提前做好的增益，当下使用的时候可能就不是那么好用或者不起作用，即使是当下做的增益，随着时间推移，温度的变化，增益也发生了变化，从而起不到校正的效果或者校正效果不好。基于此，迫切需要找到一种根据探测器温度自适应校正的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于探测器温度的多点非均匀校正方法，旨在用于解决现有的红外图像非均匀的问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，包括以下步骤：
(1)在探测器工作温度范围内采集多幅均匀的背景图像，保存各背景图像的本底信息，并记录对应的探测器温度AD值；
(2)根据采集的各背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合探测器当前温度下的本底；
(3)将探测器依次稳定在多个不同的温度点，在各温度点下分别采集高温背景和低温背景，计算探测器不同温度点对应的增益，并保存增益数据，同时保存对应的探测器温度AD值；
(4)利用探测器不同温度点对应的增益拟合探测器当前温度对应的增益；
(5)利用步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底以及步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，对红外图像进行校正。
进一步地，所述步骤(2)中采用二次样条方法来拟合探测器当前温度下的本底。
进一步地，所述步骤(1)中在探测器温度为0度、20度、40度、60度下分别采集均匀的背景图像，0度、20度、40度、60度分别对应的探测器温度AD值为T(1)、T(2)、T(3)、T(4)，所述步骤(2)具体包括：
以0度、20度、40度、60度四个温度点作为分界，建立探测器温度点T(m)与本底B(i，j)(T(m))之间对应关系的分段函数，其中探测器温度点T(m)与本底第一个点的像素值B(1，1)(T(m))之间对应关系的分段函数表达式为：
将0度、20度、40度、60度对应的探测器温度AD值T(1)、T(2)、T(3)、T(4)以及对应温度点采集的背景图像的第一个点的像素值y1、y2、y3、y4代入上述函数，得到以下9个方程：
a1＝0
a1*T(1)2+b1*T1+c1＝y1
a1*T(2)2+b1*T(2)+c1＝y2
a2*T(2)2+b2*T(2)+c2＝y2
a2*T(3)2+b2*T(3)+c2＝y3
a1*T(2)+b1＝a2*T(2)+b2
a2*T(3)+b2＝a3*T(3)+b3
a3*T(3)2+b3*T(3)+c3＝y3
a3*T(4)2+b3*T(4)+c3＝y4
通过以下公式计算得到函数的系数a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3：
将求得的函数的系数代入B(1，1)(T(m))的表达式中，同时代入当前的温度的AD值，得到当前温度下本底的第一个点的像素值，利用上述方法依次计算当前温度下本底其他各个点的像素值，得到当前温度下完整的本底B(i，j)(T(m))。
进一步地，所述步骤(3)中在探测器温度为0度、20度、40度、60度下分别采集低温背景和高温背景，利用以下公式计算探测器不同温度点对应的增益：
其中，(i，j)代表图像像素点的坐标，k1(i，j)(T(1))、k2(i，j)(T(2))、k3(i，j)(T(3))、k4(i，j)(T(4))分别代表探测器0度、20度、40度、60度对应的增益，mean1(H)、mean2(H)、mean3(H)、mean4(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底的均值，mean1(L)、mean2(L)、mean3(L)、mean4(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底的均值，b1(i，j)(H)、b2(i，j)(H)、b3(i，j)(H)、b4(i，j)(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底，b1(i，j)(L)、b2(i，j)(L)、b3(i，j)(L)、b4(i，j)(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底。
进一步地，所述步骤(4)中采用拉格朗日插值的方法来拟合探测器当前温度下的增益。
进一步地，所述步骤(4)中利用以下公式计算探测器当前温度对应的增益k(i，j)(T(m))：
k(i，j)(T(m))＝w1(i，j)(T(m))*k1(i，j)(T(1))+w2(i，j)(T(m))*k2(i，j)(T(2))+w3(i，j)(T(m))*k3(i，j)(T(3))+w4(i，j)(T(m))*k4(i，j)(T(4))
其中，w1(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k1(i，j)(T(1))所占的权重，w2(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k2(i，j)(T(2))所占的权重，w3(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k3(i，j)(T(3))所占的权重，w4(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k4(i，j)(T(4))所占的权重，k1(i，j)(T(1))代表T(1)温度下计算的增益，k2(i，j)(T(2))代表T(2)温度下计算的增益，k3(i，j)(T(3))代表T(3)温度下计算的增益，k4(i，j)(T(4))代表T(4)温度下计算的增益。
进一步地，所述步骤(5)中利用以下公式对红外图像进行校正：
Y(i，j)＝k(i，j)(T(m))(X(i，j)-B(i，j)(T(m)))
其中，Y(i，j)代表经过校正后的图像，k(i，j)(T(m))代表所述步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，X(i，j)代表探测器当前输出的未经过校正的原始图像即待校正的红外图像，B(i，j)(T(m))代表所述步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种基于探测器温度的多点非均匀校正方法，通过在探测器工作温度范围内采集的多幅背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合出探测器温度点与本底之间对应关系的曲线，根据这条曲线计算探测器实时的本底，无需打快门，节约生产成本，同时也不会中断探测器工作过程，扩大红外探测器的应用范围。通过利用探测器不同温度点对应的增益计算探测器实时的增益，从而能够自适应的校正红外图像，不受环境温度的影响，精确度较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于探测器温度的多点非均匀校正的方法的流程图。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，包括以下步骤：
(1)在探测器工作温度范围内采集多幅均匀的背景图像，保存各背景图像的本底信息，并记录对应的探测器温度AD值；
(2)根据采集的各背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合探测器当前温度下的本底；
(3)将探测器依次稳定在多个不同的温度点，在各温度点下分别采集高温背景和低温背景，计算探测器不同温度点对应的增益，并保存增益数据，同时保存对应的探测器温度AD值；
(4)利用探测器不同温度点对应的增益拟合探测器当前温度对应的增益；
(5)利用步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底以及步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，对红外图像进行校正。
本发明提供的这种基于探测器温度的多点非均匀校正方法，通过在探测器工作温度范围内采集的多幅背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合出探测器温度点与本底之间对应关系的曲线，根据这条曲线计算探测器实时的本底，无需打快门，节约生产成本，同时也不会中断探测器工作过程，扩大红外探测器的应用范围。通过利用探测器不同温度点对应的增益计算探测器实时的增益，从而能够自适应的校正红外图像，不受环境温度的影响，精确度较高。
下面对上述步骤进行详细描述。
所述步骤(1)中，将探测器机芯放入高低温箱中，高低温箱的温度依次设置为0度、20度、40度、60度，在每个温度点，将机芯断电放置一个小时后，上电立刻采集20度黑体的本底作为背景图像，在其他实施例中不限于20度黑体的本底，目的是获得均匀的背景图像，保存各背景图像的本底信息，0度、20度、40度、60度对应的探测器的温度AD值依次标记为T(1)，T(2)，T(3)，T(4)；
所述步骤(2)中，采用二次样条方法来拟合探测器当前温度下的本底，具体包括：
以0度、20度、40度、60度四个温度点作为分界，建立探测器温度点T(m)与本底B(i，j)(T(m))之间对应关系的分段函数，其中探测器温度点T(m)与本底第一个点的像素值B(1，1)(T(m))之间对应关系的分段函数表达式为：
其中变量x代表探测器温度点T(m)；
将0度、20度、40度、60度对应的探测器温度AD值T(1)、T(2)、T(3)、T(4)以及对应温度点采集的背景图像的第一个点的像素值y1、y2、y3、y4代入上述函数，得到以下9个方程：
a1＝0
a1*T(1)2+b1*T1+c1＝y1
a1*T(2)2+b1*T(2)+c1＝y2
a2*T(2)2+b2*T(2)+c2＝y2
a2*T(3)2+b2*T(3)+c2＝y3
a1*T(2)+b1＝a2*T(2)+b2
a2*T(3)+b2＝a3*T(3)+b3
a3*T(3)2+b3*T(3)+c3＝y3
a3*T(4)2+b3*T(4)+c3＝y4
通过以下公式计算得到函数的系数a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3：
将求得的函数的系数代入B(1，1)(T(m))的表达式中，同时代入当前的温度的AD值，得到当前温度下本底的第一个点的像素值，利用上述方法依次计算当前温度下本底其他各个点的像素值，得到当前温度下完整的本底B(i，j)(T(m))。
所述步骤(3)中，将探测器机芯放入高低温箱中，高低温箱的温度依次设置为0度、20度、40度、60度，在每个温度点下，将机芯断电放置一个小时，上电分别采集10度黑体的本底和40度黑体的本底分别作为低温背景和高温背景，保存各北京图像的本底信息，利用以下公式计算探测器不同温度点对应的增益：
其中，(i，j)代表图像像素点的坐标，k1(i，j)(T(1))、k2(i，j)(T(2))、k3(i，j)(T(3))、k4(i，j)(T(4))分别代表探测器0度、20度、40度、60度对应的增益，mean1(H)、mean2(H)、mean3(H)、mean4(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底的均值，mean1(L)、mean2(L)、mean3(L)、mean4(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底的均值，b1(i，j)(H)、b2(i，j)(H)、b3(i，j)(H)、b4(i，j)(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底，b1(i，j)(L)、b2(i，j)(L)、b3(i，j)(L)、b4(i，j)(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底。
所述步骤(4)中采用拉格朗日插值的方法来拟合探测器当前温度下的增益，具体包括：
利用以下公式计算探测器当前温度对应的增益k(i，j)(T(m))：
k(i，j)(T(m))＝w1(i，j)(T(m))*k1(i，j)(T(1))+w2(i，j)(T(m))*k2(i，j)(T(2))+w3(i，j)(T(m))*k3(i，j)(T(3))+w4(i，j)(T(m))*k4(i，j)(T(4))
其中，w1(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k1(i，j)(T(1))所占的权重，w2(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k2(i，j)(T(2))所占的权重，w3(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k3(i，j)(T(3))所占的权重，w4(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k4(i，j)(T(4))所占的权重，k1(i，j)(T(1))代表T(1)温度下计算的增益，k2(i，j)(T(2))代表T(2)温度下计算的增益，k3(i，j)(T(3))代表T(3)温度下计算的增益，k4(i，j)(T(4))代表T(4)温度下计算的增益。
所述步骤(5)中，利用以下公式对红外图像进行校正：
Y(i，j)＝k(i，j)(T(m))(X(i，j)-B(i，j)(T(m)))
其中，Y(i，j)代表经过校正后的图像，k(i，j)(T(m))代表所述步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，X(i，j)代表探测器当前输出的未经过校正的原始图像即待校正的红外图像，B(i，j)(T(m))代表所述步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在探测器工作温度范围内采集多幅均匀的背景图像，保存各背景图像的本底信息，并记录对应的探测器温度AD值；
(2)根据采集的各背景图像的本底信息以及对应的探测器温度AD值拟合探测器当前温度下的本底；
(3)将探测器依次稳定在多个不同的温度点，在各温度点下分别采集高温背景和低温背景，计算探测器不同温度点对应的增益，并保存增益数据，同时保存对应的探测器温度AD值；
(4)利用探测器不同温度点对应的增益拟合探测器当前温度对应的增益；
(5)利用步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底以及步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，对红外图像进行校正；
所述步骤(2)中采用二次样条方法来拟合探测器当前温度下的本底；
所述步骤(1)中在探测器温度为0度、20度、40度、60度下分别采集均匀的背景图像，0度、20度、40度、60度分别对应的探测器温度AD值为T(1)、T(2)、T(3)、T(4)，所述步骤(2)具体包括：
以0度、20度、40度、60度四个温度点作为分界，建立探测器温度点T(m)与本底B(i，j)(T(m))之间对应关系的分段函数，其中探测器温度点T(m)与本底第一个点的像素值B(1，1)(T(m))之间对应关系的分段函数表达式为：
将0度、20度、40度、60度对应的探测器温度AD值T(1)、T(2)、T(3)、T(4) 以及对应温度点采集的背景图像的第一个点的像素值y1、y2、y3、y4代入上述函数，得到以下9个方程：
a1＝0
a1*T(1)2+b1*T1+c1＝y1
a1*T(2)2+b1*T(2)+c1＝y2
a2*T(2)2+b2*T(2)+c2＝y2
a2*T(3)2+b2*T(3)+c2＝y3
a1*T(2)+b1＝a2*T(2)+b2
a2*T(3)+b2＝a3*T(3)+b3
a3*T(3)2+b3*T(3)+c3＝y3
a3*T(4)2+b3*T(4)+c3＝y4
通过以下公式计算得到函数的系数a1、b1、c1、a2、b2、c2、a3、b3、c3：
将求得的函数的系数代入B(1，1)(T(m))的表达式中，同时代入当前的温度的AD值，得到当前温度下本底的第一个点的像素值，利用上述方法依次计算当前温度下本底其他各个点的像素值，得到当前温度下完整的本底B(i，j)(T(m))。
2.如权利要求1所述的基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，其特征在于，所述步骤(3)中在探测器温度为0度、20度、40度、60度下分别采集低温背景和高温背景，利用以下公式计算探测器不同温度点对应的增益：
其中，(i，j)代表图像像素点的坐标，k1(i，j)(T(1))、k2(i，j〕(T(2))、k3(i，j〕(T(3))、k4(i，j)(T(4))分别代表探测器0度、20度、40度、60度对应的增益，mean1(H)、mean2(H)、mean3(H)、mean4(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底的均值，mean1(L)、mean2(L)、mean3(L)、mean4(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底的均值，b1(i，j)(H)、b2〔i，j)(H)、b3(i，j)(H)、b4(i，j)(H)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的高温背景的本底，b1(i，j)(L)、b2(i，j)(L)、b3(i，j)(L)、b4(i，j)(L)分别代表探测器温度在0度、20度、40度、60度时采集的低温背景的本底。
3.如权利要求2所述的基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用拉格朗日插值的方法来拟合探测器当前温度下的增益。
4.如权利要求3所述的基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，其特征在于，所述步骤(4)中利用以下公式计算探测器当前温度对应的增益k(i，j)(T(m))：k(i，j)(T(m))＝w1(i，j)(T(m))*k1(i，j)(T(1))+w2(i，j)(T(m))*k2(i，j)(T(2))+w3(i，j)(T(m))*k3(i，j)(T(3))+w4〔i，j)(T(m))*k4(i，j)(T(4))
其中，w1(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k1〔i，j)(T(1))所占的权重，w2(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k2(i，j)(T(2))所占的权重，w3(i，j〕(T(m))代表温度为T(m)下的k3(i，j)(T(3))所占的权重，w4(i，j)(T(m))代表温度为T(m)下的k4(i，j)(T(4))所占的权重，k1(i，j)(T(1))代表T(1)温度下计算的增益，k2(i，j)(T(2))代表T(2)温度下计算的增益，k3(i，j)(T(3))代表T(3)温度下计算的增益，k4(i，j)(T(4))代表T(4)温度下计算的增益。
5.如权利要求1所述的基于探测器温度的多点非均匀校正的方法，其特征在于，所述步骤(5)中利用以下公式对红外图像进行校正：
Y(i，j)＝k(i，j)(T(m))(X(i，j)-B(i，j)(T(m)))
其中，Y(i，j)代表经过校正后的图像，k(i，j)(T(m))代表所述步骤(4)得到的探测器当前温度对应的增益，X(i，j)代表探测器当前输出的未经过校正的原始图像即待校正的红外图像，B(i，j)(T(m))代表所述步骤(2)得到的探测器当前温度下的本底。
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