CN111562013B - 一种基于tec的红外热像仪自动校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法及装置，红外热像仪标定过程中，测量红外热像仪的每个温度范围的疑似像元，将每个温度范围均存在的疑似像元作为死点，其余疑似像元作为各温度点的不稳定像元；在使用过程中，处理电路获取红外热像仪的图像，完成非均匀性校正,获取死点位置，获取当前温度；根据当前温度，查找不稳定像元；对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元判断是否为盲元，如果是，则进行补偿，否则不进行处理。本发明针对所有温度点进行死点和不稳定像元的标定同时完成非均匀性校正，在使用过程中，无需针对每幅图像进行盲元判断，直接针对死点和不稳定像元采取对应的补偿方法进行补偿，处理简单，实时性好。

Description

一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法及装置

技术领域

本发明涉及红外图像处理技术领域，尤其涉及一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法及装置。

背景技术

由于受到制作红外探测器的半导体材料的不均匀性、工艺水平、暗电流的不均匀性、读出电路的不均匀性以及环境温度等因素的影响，红外探测器的像元响应与红外辐射量呈现为复杂的非线性关系，导致红外热像仪的输出图像模糊、像质降低，有固定图案噪声，严重影响装置性能。

目前常用的校正算法采用两点温度定标校正算法加一点温度校正算法。两点校正会在产品出厂时标定好并存储到存储器，一点校正可以根据使用时间，温度变化等环境因素进行人工手动校正。手动校正可以人为用黑体或者均匀挡片在热像仪外挡住镜头也可以在热像仪内部安装均匀的挡片。在热像仪外人为用挡片校正，每次校正操作都需要人拿挡片挡住镜头，操作极不方便；内部安装挡片使用更方便，但是当热像仪环境温度很高或者很低时，挡片温度也会很高或者很低，这时校正效果就不理想。

目前的盲元处理方式主要为手动盲元检测，或者在线针对每幅图像进行盲元检测，检测效率低，且准确率不高。

发明内容

为了使热像仪在高温或低温环境下做校正的效果更为理想且使用更加方便。本发明提供了一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法及装置，有效地解决了红外热像仪在高低温环境下的校正效果问题。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种基于TEC的红外热像仪自动校正装置，包括TEC挡片、驱动电机、温度传感器以及处理电路；

所述TEC挡片设置在镜头和探测器之间，能够在驱动电机的驱动下旋转，在第一位置和第二位置之间切换，在第一位置遮挡在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间，在第二位置不干扰在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间的光线传递；

温度传感器采集所述TEC挡片的温度并发送给处理电路；

在需要校正时，处理电路控制所述TEC挡片切换至第一位置，调整所述TEC挡片的温度，拍摄各个温度范围的图像，并获得各个温度范围的疑似像元，进行标注，将每个温度范围均存在的疑似像元标定为死点，死点以外的疑似像元作为该温度范围的不稳定像元；在红外热像仪使用过程中，获取死点位置，对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元进行判断，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理。

本发明另一方面提供一种基于所述的TEC的红外热像仪自动校正装置对红外热像仪自动校正方法，包括：

红外热像仪标定过程中，测量红外热像仪的每个温度范围的疑似像元，将每个温度范围均存在的疑似像元作为死点，死点以外的疑似像元作为各温度点的不稳定像元；

红外热像仪使用过程中，处理电路获取红外热像仪的图像，获取死点位置，获取当前温度，根据当前温度，查找对应不稳定像元；对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元判断是否为盲元，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理。

进一步地，红外热像仪标定过程包括：

1.1驱动所述TEC挡片切换至第一位置；

1.2调整所述TEC挡片的温度，依次达到获得温度列表中每个温度范围的温度，拍摄图像；

1.3基于图像判断每个温度范围对应的疑似像元，并标记；

1.4将各个温度范围内的疑似像元进行对比，将每个温度范围均存在的疑似像元判定为死点；其余非死点的疑似像元作为不稳定像元。

进一步地，步骤1.3中基于图像判断每个温度范围对应的疑似像元，具体包括：

1.3.1以某一像元为中心取一个(2p+1)x(2p+1)窗口；

1.3.2计算窗口内各像素灰度值的标准差σ；

1.3.3计算中心像元与窗口内各像素灰度的均值的偏差；

1.3.4如果所述偏差的绝对值大于k.σ判定为疑似像元，标记疑似像元位置；2≤k＜3；判断是否为最后一个像元，则完成疑似像元判断，如果不是，则返回步骤1.3.1处理下一个像元。

进一步地，死点位置的补偿包括：如果某一死点的8邻域内无其它死点或不稳定像元，则采用8邻域内像元灰度均值替代其灰度值；如果某一死点的8邻域内还存在死点或不稳定像元，则剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5：如果大于5，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值；如果不大于5，则以该死点为中心取一个(2n+1)x(2n+1)窗口，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5：如果大于5，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。

进一步地，判断不稳定像元是否为盲元的方法为：以某一不稳定像元为中心取一个(2m+1)x(2m+1)窗口，计算窗口内除死点和不稳定像元以外，每个像素点与该不稳定像元点的差值绝对值，如果存在小于阈值d的点，则认为是同一目标的像元，判定为非盲元，不进行补偿；如果不存在小于阈值d的点，则认定为盲元，进行补偿。

进一步地，d的取值为：窗口内除死点和不稳定像元以外像元的均值的2或3倍。

进一步地，盲元的补偿包括：以该盲元为中心取一个(2n+1)x(2n+1)窗口，n取2，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5，如果大于5，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元判后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。

进一步地，红外热像仪标定过程中，还包括采用非均匀性校正算法计算非疑似像元的增益和偏移校正系数；红外热像仪使用过程中，对于非疑似像元，采用所述增益和偏移校正系数进行校正。

本发明第三方面提供一种红外热像仪，包括所述的基于TEC的红外热像仪自动校正装置，采用所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法进行校正。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明的校正方法及校正装置，针对所有温度点进行死点和不稳定像元的标定，温度适用范围广，在使用过程中，无需针对每幅图像进行盲元判断，直接针对死点和不稳定像元采取对应的补偿方法进行补偿，处理简单，实时性好。

(2)本发明针对采集的图像中不稳定像元进行再次判断，避免过度补偿，保证了图像效果。

(3)本发明采用TEC挡片，温度控制过程简单，标定过程操作简单，通过各个温度点的标定结果进行纵向比对，判断死点，保证了死点判断的准确性，对于不稳定像元进行使用过程中的二次判断，因此对于每个温度范围的标定结果的设置较低的阈值，保证所有死点和不稳定像元都被识别出来即可，提高了标定的速度，保证了处理精度；本发明针对每个温度范围单独标定，温度适应性好。

(4)本发明的补偿剔除了所有死点和不稳定像元，保证了补偿精度。

附图说明

图1是基于TEC的红外热像仪自动校正装置组成示意图；

图2是基于TEC的红外热像仪自动校正方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示基于TEC的红外热像仪自动校正装置，包括TEC挡片、驱动电机，温度传感器以及处理电路。

所述TEC挡片设置在镜头和探测器之间，能够在驱动电机的驱动下旋转，在第一位置和第二位置之间切换，在第一位置遮挡在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间，在第二位置完全不干扰在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间的光线传递，位于二者之间的空间之外。所述挡片为黑体挡片，温度由处理电路控制。

采集温度传感器所述TEC挡片的温度并发送给处理电路。

处理电路在需要校正时，例如开机时，控制所述TEC挡片切换至第一位置，调整温度所述TEC挡片的温度，拍摄每个温度范围的图像，并获得死点进行标注。在校正完成后，控制所述TEC挡片切换至第二位置，在红外热像仪使用过程中，根据当前的温度，查找对应的死点进行补偿处理。

本发明另一方面提供一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法，结合图2，处理电路自动执行该方法，包括以下步骤：

(1)标定死点及各温度点的不稳定像元。具体包括：

1.1驱动所述TEC挡片切换至第一位置；

1.2调整所述TEC挡片的温度，依次达到获得温度列表中每个温度范围的温度，拍摄图像；

1.3基于图像判断每个温度范围对应的疑似像元，具体包括：

1.3.1以某一像元为中心取一个(2p+1)x(2p+1)窗口，p取4或5时精度最高，然而本发明为了快速定位疑似像元，采取首先进行粗检测的方式，不必设置过大的p值。p的取值例如可以为2、3、4等，以提高执行计算的硬件电路的处理速度。

1.3.2采用k.σ准则判断疑似像元，计算窗口内各像素灰度值的标准差σ；2≤k＜3；k的取值例如为2，以保证所有可能的疑似像元都能被识别出来；

1.3.3计算中心像元与窗口内各像素灰度的均值的偏差；

1.3.4如果所述偏差的绝对值大于k.σ判定为疑似像元，标记疑似像元位置；判断是否为最后一个像元，则完成疑似像元判断，如果不是，则返回步骤1.3.1处理下一个像元；

1.4将各个温度范围内的疑似像元进行对比，将每个温度范围均存在的疑似像元判定为死点；其余非死点的疑似像元作为不稳定像元，红外热像仪使用过程中，针对每个温度点，不稳定像元进行判断。

还包括采用现有的非均匀性校正算法计算正常像素点的增益和偏移校正系数。例如，采用现有的单点或两点校正算法标定校正系数。

(2)红外热像仪使用过程中，获取红外热像仪的图像，获取死点，获取当前温度，根据当前温度，查找对应不稳定像元；对于图像中的死点位置的像元，直接采用周围的M个正常像元灰度均值替代其灰度值，进行补偿；对于不稳定像元进行判断，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理。

对于正常的像素点，采用标定的校正系数进行校正。正常的像素点的校正方法为现有方法。

死点的补偿方式包括：如果某一死点的8邻域内无其它死点或不稳定像元，则采用8邻域内像元灰度均值替代其灰度值，如果某一死点的8邻域内还存在死点或不稳定像元，则剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5，如果大于，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于，则扩大窗口范围，以该死点为中心取一个(2n+1)x(2n+1)窗口，n取2，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5，如果大于，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元判后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。在这里认为n取3后，剔除死点或不稳定像元判后，采用剩余像元不大于5个的概率极低，因此不再判断剩余像元个数。

判断不稳定像元是否为盲元的方法为：以某一不稳定像元为中心取一个(2m+1)x(2m+1)窗口，计算窗口内除死点和不稳定像元以外，每个像素点与该不稳定像元点的差值绝对值，如果存在小于阈值d的点，则认为是同一目标的像元，判定为非盲元，不进行补偿；如果不存在小于阈值d的点，则认定为盲元，进行补偿。在一个实施例中d的取值为k.σ，σ为窗口内除死点和不稳定像元以外像元的均值，k取2或3。

不稳定像元补偿的方法与死点补偿方法类似。以该不稳定像元为中心取一个(2n+1)x(2n+1)窗口，n取2，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5，如果大于，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元判后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。

可以定期对校正装置进行标定，保证校正的精度。在使用过程中直接根据图像处理死点和不稳定点，无需根据图像查找问题像元。

本发明第三方面提供一种红外热像仪，包括所述的基于TEC的红外热像仪自动校正装置，并采用的基于TEC的红外热像仪自动校正方法进行校正。

综上所述，本发明涉及一种基于TEC的红外热像仪、自动校正方法及装置，红外热像仪标定过程中，测量红外热像仪的每个温度范围的疑似像元，将每个温度范围均存在的疑似像元作为死点，死点以外的疑似像元作为各温度点的不稳定像元；红外热像仪使用过程中，处理电路获取红外热像仪的图像，获取死点位置，获取当前温度，根据当前温度，查找对应不稳定像元；对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元判断是否为盲元，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理。本发明针对所有温度点进行死点和不稳定像元的标定，在使用过程中，无需针对每幅图像进行盲元判断，直接针对死点和不稳定像元采取对应的补偿方法进行补偿，处理简单，实时性好。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于TEC的红外热像仪自动校正装置，其特征在于，包括TEC挡片、驱动电机、温度传感器以及处理电路；

所述TEC挡片设置在镜头和探测器之间，能够在驱动电机的驱动下旋转，在第一位置和第二位置之间切换，在第一位置遮挡在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间，在第二位置不干扰在红外热像仪镜头的探测器和镜头之间的光线传递；

温度传感器采集所述TEC挡片的温度并发送给处理电路；

在需要校正时，处理电路控制所述TEC挡片切换至第一位置，调整所述TEC挡片的温度，拍摄各个温度范围的图像，完成非均匀性校正并获得各个温度范围的疑似像元，进行标注，将每个温度范围均存在的疑似像元标定为死点，死点以外的疑似像元作为该温度范围的不稳定像元；在红外热像仪使用过程中，获取死点位置，对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元进行判断，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理。

2.一种基于TEC的红外热像仪自动校正方法，采用权利要求1所述的基于TEC的红外热像仪自动校正装置进行校正，其特征在于，包括：

红外热像仪标定过程中，完成非均匀性校正并测量红外热像仪的每个温度范围的疑似像元，将每个温度范围均存在的疑似像元作为死点，死点以外的疑似像元作为各温度点的不稳定像元；

红外热像仪使用过程中，处理电路获取红外热像仪的图像，获取死点位置，获取当前温度，根据当前温度，查找对应不稳定像元；对于图像中的死点位置，直接进行补偿；对于不稳定像元判断是否为盲元，如果确认为盲元，则进行补偿，否则不进行处理，采用当前灰度值。

3.根据权利要求2所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，红外热像仪标定过程包括：

1.1驱动所述TEC挡片切换至第一位置；

1.2调整所述TEC挡片的温度，依次达到获得温度列表中每个温度范围的温度，拍摄图像；

1.3基于图像判断每个温度范围对应的疑似像元，并标记；

1.4将各个温度范围内的疑似像元进行对比，将每个温度范围均存在的疑似像元判定为死点；其余非死点的疑似像元作为不稳定像元。

4.根据权利要求3所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，步骤1.3中基于图像判断每个温度范围对应的疑似像元，具体包括：

1.3.1以某一像元为中心取一个(2p+1)×(2p+1)窗口；

1.3.2计算窗口内各像素灰度值的标准差σ；

1.3.3计算中心像元与窗口内各像素灰度的均值的偏差；

1.3.4如果所述偏差的绝对值大于k.σ判定为疑似像元，标记疑似像元位置；2≤k＜3；判断是否为最后一个像元，则完成疑似像元判断，如果不是，则返回步骤1.3.1处理下一个像元。

5.根据权利要求2或3所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，死点位置的补偿包括：如果某一死点的8邻域内无其它死点或不稳定像元，则采用8邻域内像元灰度均值替代其灰度值；

如果某一死点的8邻域内还存在死点或不稳定像元，则剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5：如果大于5，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值；如果不大于5，则以该死点为中心取一个(2n+1)×(2n+1)窗口，n取2，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5：如果大于5，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于5，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。

6.根据权利要求2或3所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，判断不稳定像元是否为盲元的方法为：以某一不稳定像元为中心取一个(2m+1)×(2m+1)窗口，计算窗口内除死点和不稳定像元以外，每个像素点与该不稳定像元点的差值绝对值，如果存在小于阈值d的点，则认为是同一目标的像元，判定为非盲元，不进行补偿；如果不存在小于阈值d的点，则认定为盲元，进行补偿。

7.根据权利要求6所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，d的取值为：窗口内除死点和不稳定像元以外像元的均值的2或3倍。

8.根据权利要求6所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，盲元的补偿包括：以该盲元为中心取一个(2n+1)×(2n+1)窗口，n取2，剔除死点或不稳定像元判断剩余像元数量是否大于5，如果大于，则采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值，如果不大于5，则再次扩大窗口范围，n取3，剔除死点或不稳定像元后，采用剩余像元的灰度均值替代其灰度值。

9.根据权利要求2或3所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法，其特征在于，红外热像仪标定过程中，还包括采用非均匀性校正算法计算非疑似像元的增益和偏移校正系数；红外热像仪使用过程中，对于非疑似像元，采用所述增益和偏移校正系数进行校正。

10.一种红外热像仪，包括权利要求1所述的基于TEC的红外热像仪自动校正装置，采用权利要求2-9之一所述的基于TEC的红外热像仪自动校正方法进行校正。

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