CN110686783A - 一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法及图像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法。一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，将包括：将短波红外成像仪对准参考辐射源；每个视频周期内，分别在T₁和T₂时刻对短波红外成像仪的两个通道采样，获得两个时刻、两通道的响应输出值为V_s1，V_s2；计算每个像元的响应输出值V_(i，j)，其中V_(i，j)＝V_s2(i，j)‑V_s1(i，j)；若V_s2(i，j)≤V_low或若V_s1(i，j)≥V_high，则将该像元加入盲元表；对于其他的像元，计算并判断当

时，则判定为盲元，加入盲元表。本发明的方法，无需分别采集不同参考辐射源下的像元数据，降低检测的复杂程度；对辐射源要求不高，不需要在过分苛刻的均匀光照背景下进行校正。

Description

一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法及图像处理方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种短波红外成像仪的盲元检测方法。

背景技术

红外成像技术现已广泛应用于军事、医疗、工业、农业等多个行业，其中短波红外成像是当今红外成像技术发展的主要方向。与中长波红外相比，短波红外成像景物轮廓与细节较为清晰，可辨识度高。与可见光相比，短波红外波段光信号受大气凝结水雾影响较小，大气传输性好，具有良好的透雾霾成像能力。短波红外在夜天光、大气辉光中大量存在，在天气晴朗的夜间具有良好的夜视成像效果。短波红外能够穿透油彩，可以识别某些可见光识别不了的伪装。

但同时短波红外成像也存在一些缺陷，其中最显著的就是其成像组件——基于InGaAs材料的短波红外焦平面探测器，受限于目前材料生长以及制造工艺等因素的影响，短波红外焦平面探测器的部分像元会有对光线响应不正常的情况，呈现为孤立或连续的亮点或暗点，即盲元。按照国家标准来区别，盲元被分为过热像元和死像元。由于盲元的存在，短波红外成像系统的成像效果受到严重的制约，因此要提高短波红外成像系统的成像质量，必须对这些盲元的位置进行检测，并对其补偿。

目前常用的盲元检测方法，主要有以下几种：1)根据定义进行检测：计算一帧图像中所有像元的灰度平均响应率的1/10和10倍作为盲元检测的临界阈值，和每个像元的灰度值比较，将灰度值低于1/10或高于10倍的像元记录为盲元。这种方法操作简单但容易误判。2)双参考辐射源的方法：如中国专利申请CN201910011915.5所指出的，分别在高低温辐射条件下采集像元的灰度响应值，并计算其平均响应率，将各像元在不同辐射源下的响应差值，与平均响应率通过计算后设置的阈值做比较。显然这种方法需要采集两幅图像的数据，虽然可以得到较好的检测结果，但是操作起来比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提出针对短波红外焦平面探测器的一种盲元检测的方法，通过使用该方法生成的盲元补偿表来校正像元，进一步提升成像质量，弥补短波红外焦平面探测器的成像本身缺陷给短波红外成像质量造成的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的第一种技术方案是：一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，包括：

将短波红外成像仪对准参考辐射源；

每个视频周期内，分别在T₁和T₂时刻对短波红外焦平面阵列的SH1和SH2通道的输出信号进行采样，获得两个时刻、两通道的响应输出值为V_s1，V_s2；

计算每个像元的响应输出值V_(i,j)，其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)；

若V_s2(i,j)≤V_low，为死像元，若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，将死像元和过热像元加入盲元表；

对于其他的像元，计算并判断当

时，则判定为盲元，加入盲元表；

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值，T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准；

作为本发明的进一步改进，所述的采样时刻T₁、T₂满足T₁-T₀＜＜T₂-T₀，且T₁≈T₀，T₀为起始时刻。

作为本发明进一步的改进，所述的参考辐射源采用带短波红外光源的积分球，相对于黑体来说，其发热量小，光线更为均匀。

为了实现本发明的目的，本发明采用的第二种技术方案是：一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，所述方法包括：

将短波红外成像仪对准参考辐射源；

每个视频周期内，分别在T₁和T₂时刻对短波红外焦平面阵列的SH1和SH2通道的输出信号进行采样，获得两个时刻、两通道的响应输出值为V_s1，V_s2；

计算每个像元的响应输出值V_(i,j)，其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)；

若V_s2(i,j)≤V_low，为死像元，若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，将死像元和过热像元加入第一盲元表；

对于其他的像元，计算并判断当

时，则判定为盲元，加入第一盲元表；

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值，T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准；

取一个N×N的窗口，计算该窗口内的邻域平均响应则

式中，d、h分别表示为该邻域内的死象元和过热像元；N≥3；

判断当

或者时，则该像元判断为盲元，加入第二盲元表；

将第一盲元表和第二盲元表合并，得到最终检测出的盲元。

本发明还提供一种短波红外成像仪的图像处理方法，包括：

对短波红外成像仪进行盲元检测；以及非均匀性校正系数的计算；

利用检测到的盲元生成盲元补偿表；利用采集到的像元响应值计算生成非均匀性校正系数表；

利用所述的盲元补偿表对短波红外成像仪的盲元进行补偿，用计算生成的非均匀性校正系数表，对有效像元进行非均匀性校正；

本发明的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法及图像处理方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)无需分别采集不同参考辐射源下的像元数据，降低检测的复杂程度。

(2)对辐射源要求不高，不需要在过分苛刻的均匀光照背景下进行校正，甚至对着一面白色的墙进行校正。

附图说明

图1为本发明实施例的盲元检测原理图，所用的组件为上海技术物理研究所的640*512元的激光选通InGaAs组件接口。

图2为其中一个实施例的流程图；

图3为补偿校正前的原始图像；

图4是根据本发明实施例生成的盲元表校正后的图像。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法、图像处理方法做出详细阐述和说明，以使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术内涵和思想，但本发明的技术内涵并不限于实施例所描述的具体内容。

实施例1本实施例是一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，具体步骤如下：

(1)、将640*512的InGaAs短波红外成像仪对准积分球的出光孔，连接短波红成像仪到上位机。

(2)、在每个像素周期内以T₀为起始时刻对像元响应信号进行两次采样，调节短波红外成像仪的通道SH1与通道SH2的采样时刻T₁，T₂来调节成像的积分时间T(T＝T₂-T₁)，使得图像不过曝，且在短波红外焦平面阵列的线性响应区间内。其中，T₁-T₀＜＜T₂-T₀，且T₁≈T₀；采样获得两通道的响应输出值分别为T₁时刻对通道SH1采样得到的V_s1，T₂时刻对通道SH2采样得到的V_s2。由于两次采样间隔一定的积分时间T，两者的差值即为像元响应的有效值。原理如图1所示。

(3)、计算每个像元的响应输出值V_(i,j),其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)。

(4)、若V_s2(i,j)≤V_low，为死的像元，则将该像元加入盲元表。

V_low指的是一个低的阈值，一般定为满幅电压的5％，本实施例使用的InGaAs探测器AD满幅电压是2V，故V_low定为0.1V。

(5)、若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，则将该像元加入盲元表。

V_high指的是一个高的阈值，一般定为满幅电压的90％，本实施例使用的InGaAs探测器AD满幅电压是2V，故V_high定为1.8V。

(6)、对于不满足上述(4)或(5)条件的像元，计算并判断当

(条件A)时，则判定为盲元，加入盲元表，否则判定为正常像元。

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值，T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准，本实施例定为10％。

实施例2本实施例是一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，该方法的流程如图2所示，具体步骤如下：

(1)、将640*512的InGaAs短波红外成像仪对准积分球的出光孔，连接短波红成像仪到上位机。

(2)、在每个像素周期内以T₀为起始时刻对视频信号进行两次采样，调节短波红外成像仪的通道SH1与通道SH2的采样时刻T₁，T₂来调节成像的积分时间T(T＝T₂-T₁)，使得图像不过曝，且在短波红外焦平面阵列的线性响应区间内。其中，T₁-T₀＜＜T₂-T₀，且T₁≈T₀。采样获得两通道的响应输出值分别为T₁时刻对通道SH1采样得到的V_s1，T₂时刻对通道SH2采样得到的V_s2。由于两次采样间隔一定的积分时间T，两者的差值即为像元响应的有效值。原理如图1所示。

(3)、计算每个像元的响应输出值V_(i,j)，其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)。

(4)、若V_s2(i,j)≤V_low，为死的像元，则将该像元加入盲元表1。

V_low指的是一个低的阈值，一般定为满幅电压的5％，本实施例使用的InGaAs探测器AD满幅电压是2V，故V_low定为0.1V。

(5)、若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，则将该像元加入盲元表1。

V_high指的是一个高的阈值,一般定为满幅电压的90％，本实施例使用的InGaAs探测器AD满幅电压是2V，故V_high定为1.8V。

(6)、对于不满足上述(4)或(5)条件的像元，对于每个像元来讲，计算并判断当

(条件A)时，则判定为盲元，加入盲元表1，否则判定为正常像元。

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值,T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准，本实施例定为10％。

(7)、取一个N×N的窗口，计算该窗口内的邻域平均响应

则

式中，d、h分别表示为该邻域内的死象元和过热像元，通过步骤(4)、(5)筛选出；N≥3。

例如，当N＝3的时候，则选取像元上下左右，左上左下，右上右下，加上本身共9像元个响应值(位于角落的像元，取距离其最近的3个像元，加上本身共4个像元的响应值，位于边上的像元取距离最近的5个像元，加上本身共6个像元响应值)，然后去掉死象元及过热像元后，求得邻域平均响应。

(8)、判断当

或者

(条件B)时，则该像元判断为盲元,加入盲元表2，否则判为正常像元；

(9)、步骤(6)、(8)得到的盲元表1和2的并集即得到检测出的盲元表。

实施例3采用实施例2得到的盲元表对图像进行处理，步骤如下：

(1)、将640*512的InGaAs短波红外成像仪对准积分球的出光孔，连接短波红成像仪到上位机。

(2)、打开上位机的图像预处理系统，采集短波红外成像仪的原始图像数据进行盲元补偿、非均匀性校正所需参数的计算；

(3)、将实施例2得出的盲元补偿表与非均匀性校正系数写入短波红外成像仪的FLASH存储单元里面；

(4)、将InGaAs短波红外成像仪对准待成像的景物，打开上位机校正系统采集景物原始图像，调用存储在短波红外成像仪的FLASH存储单元中的盲元表以及非均匀性校正系数，对景物的原始图像进行盲元补偿以及非均匀性校正，最终得到处理后的图像数据。

经过本实施例的方法处理前后的图像分别如图3和4所示，可以看出，图4的图像质量比图3有明显提高，去掉了盲元、白点、暗点。

Claims (7)

1.一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，包括：

将短波红外成像仪对准参考辐射源；

每个视频周期内，分别在T₁和T₂时刻对短波红外焦平面阵列的SH1和SH2通道的输出信号进行采样，获得两个时刻、两通道的响应输出值为V_s1，V_s2；

计算每个像元的响应输出值V_(i,j)，其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)；

若V_s2(i,j)≤V_low，为死像元，若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，将死像元和过热像元加入盲元表；

对于其他的像元，计算并判断当

时，则判定为盲元，加入盲元表；

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值，T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准。

2.根据权利要求1所述的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，所述的采样时刻T₁、T₂满足T₁-T₀＜＜T₂-T₀，且T₁≈T₀，T₀为起始时刻。

3.根据权利要求1所述的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，所述的参考辐射源采用带短波红外光源的积分球。

4.一种InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，包括：

将短波红外成像仪对准参考辐射源；

每个视频周期内，分别在T₁和T₂时刻对短波红外焦平面阵列的SH1和SH2通道的输出信号进行采样，获得两个时刻、两通道的响应输出值为V_s1，V_s2；

计算每个像元的响应输出值V_(i,j)，其中V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)；

若V_s2(i,j)≤V_low，为死像元，若V_s1(i,j)≥V_high，为过热像元，将死像元和过热像元加入第一盲元表；

对于其他的像元，计算并判断当

时，则判定为盲元，加入第一盲元表；

式中：V_s2(i,j)是SH2通道在T₂时刻输出的像元(i,j)的响应值，T₀为起始时刻；R_TL定义为像元响应线性度是否满足要求的衡量标准；

取一个N×N的窗口，计算该窗口内的邻域平均响应

则

式中，d、h分别表示为该邻域内的死象元和过热像元；V_(i,j)＝V_s2(i,j)-V_s1(i,j)，为像元(i,j)的响应输出值；N≥3；

判断当

或者

时，则该像元判断为盲元，加入第二盲元表；

将第一盲元表和第二盲元表合并，得到最终检测出的盲元。

5.根据权利要求4所述的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，所述的采样时刻T₁、T₂满足T₁-T₀＜＜T₂-T₀，且T₁≈T₀，T₀为起始时刻。

6.根据权利要求4所述的InGaAs短波红外成像仪的盲元检测方法，其特征在于，所述的参考辐射源采用带短波红外光源的积分球。

7.一种短波红外成像仪的图像处理方法，其特征在于，包括：

对短波红外成像仪进行盲元检测；以及非均匀性校正系数的计算；

利用检测到的盲元生成盲元补偿表；利用采集到的像元响应值计算生成非均匀性校正系数表；

利用所述的盲元补偿表对短波红外成像仪的盲元进行补偿，用计算生成的非均匀性校正系数表，对有效像元进行非均匀性校正；

其中，所述的盲元检测采用权利要求1-6任一项所述的方法。

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