CN113436088B - 一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，通过根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿，通过简单的方法解决了红外图像成像过程中的热窗效应，大大提高了红外图像的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外图像校正方法及系统，尤其涉及一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统。
背景技术
红外热成像技术在军事、医疗、安防、农林以及工业等各个领域有着越来越广泛的应用，但由于红外热成像设备自身的功耗、结构件散热或者光学系统缺陷等因素，导致设备开机工作一段时间后图像边缘与中心区域会出现明显的非均匀性现象——“热窗”效应。热窗效应会明显降低图像质量，影响用户体验，严重时甚至会直接导致某些应用场景无法正常使用。
红外图像“热窗”效应产生的原因较多，常见的如自身功耗较高、设备发热严重、结构件散热不均、光学系统设计存在缺陷等，同时设备视场切换、调焦、环境温度变化、冲击振动等因素的影响都有可能会引入一定程度的“热窗”效应，“热窗”效应典型效果如图1所示。现有技术对于“热窗”效应缺乏简单有效的处理方法，导致红外成像设备成像效果不佳的技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，克服现有技术“热窗”效应导致红外成像设备成像效果不佳的技术问题。
本发明的技术方案是：提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法，包括如下步骤：
获取冷机状态图像和温度信息：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1和温度Temp1；
获取热平衡状态图像和温度信息：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2；
获取差值：获取并存储图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，
获取开机时的温度以及运行时的实时温度：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal；
获取补偿值：根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；
根据补偿值进行补偿：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。
本发明的进一步技术方案是：通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
本发明的进一步技术方案是：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
本发明的进一步技术方案是：红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在腔体中的温度。
本发明的进一步技术方案是：红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在的环境温度。
本发明的进一步技术方案是：图像热窗效应补偿值ΔB为非均匀校正系数。
本发明的技术方案是：构建一种红外图像热窗效应实时抑制系统，包括图像数据差值获取模块、温度差值获取模块、开机温度获取模块、实时温度获取模块、图像热窗效应补偿值获取模块、红外图像补偿模块，在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景获取图像数据Image_Data1和温度Temp1，在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2，图像数据差值获取模块1根据图像数据Image_Data1和图像数据Image_Data2获取并存储图像数据差值ΔImage_Data；温度差值获取模块根据温度Temp1和温度Temp2获取并存储温度差值ΔTemp；所述开机温度获取模块获取红外成像设备开机时的温度Tstart，所述实时温度获取模块运行时的实时温度Treal，根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，所述图像热窗效应补偿值获取模块获取图像热窗效应补偿值ΔB；所述红外图像补偿模块将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。
本发明的进一步技术方案是：所述图像热窗效应补偿值获取模块通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
本发明的进一步技术方案是：所述红外图像补偿模块将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
本发明的进一步技术方案是：红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器焦平面阵列的温度。
本发明的技术效果是：提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，包括如下步骤：获取冷机状态图像和温度信息：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1和温度Temp1；获取热平衡状态图像和温度信息：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2；获取差值：获取并存储图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取开机时的温度以及运行时的实时温度：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal；获取补偿值：根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；根据补偿值进行补偿：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。本发明提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，通过根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿，通过简单的方法解决了红外图像成像过程中的热窗效应，大大提高了红外图像的质量。
附图说明
图1为本发明热窗效应典型效果图。
图2为本发明结构示意图。
图3为本发明温度变化温差与开机时间之间的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图2所示，本发明的具体实施方式是：提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法，包括如下步骤：
获取冷机状态图像和温度信息：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1和温度Temp1。
具体实施过程是：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1，同时获取此时的温度Temp1，存储图像数据Image_Data1和温度Temp1。
获取热平衡状态图像和温度信息：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2。
具体实施过程是：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2，同时获取此时的温度Temp2。存储图像数据Image_Data2和温度Temp2。
获取差值：获取并存储图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp。
具体实施过程是：设备开机后，在无专业制冷设备的自然状态下，温度只会随时间正相变化，通过统计分析，温度变化温差与开机时间之间的关系如图3所示，设备在开机后，通过烤机一定会达到一个热平衡效果，所以此时计算得到的ΔImage_Data和ΔTemp应为图像整体非均匀性变化差值和设备温度变化差值的极大值或接近极大值。在求取设备温度变化差值ΔTemp时，使用的温度Temp1和温度Temp2可以是使用设备腔体温度或者探测器焦平面温度，也可使用其它代表设备的温度进行差值求取。
因为“热窗”效应主要是由于设备温升导致，因而本发明中以红外成像设备开机时的温度变化差值作为主要的非均匀性计算系数，也可加入其它参数作为影响因子。
获取开机时的温度以及运行时的实时温度：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal。
具体实施过程是：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal。
获取补偿值：根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB。
具体实施过程是：通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
因为“热窗”效应主要是由于设备温升导致，因而本发明中以红外成像设备开机时的温度变化差值作为主要的非均匀性计算系数，也可加入其它参数作为影响因子。在计算图像“热窗”效应校正值ΔB时，所使用的设备开机温度Tstart为设备刚打完挡片或者快门时的温度。
根据补偿值进行补偿：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。具体实施例中，将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：
Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
在求取图像“热窗”效应校正值时，以设备温度变化作为主要的非均匀性计算系数，也可加入或者选取其它参数作为影响因子，例如当前像素点距离目标点的相对距离、当前点的坐标位置等。
计算得到的校正值作用到红外图像数据上时，可以直接作用在两点校正之后Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB，也可以作用在“两点”校正之前Image_Data_New＝k(Image_Data_Old+ΔB)，其中k为红外图像“两点”校正系数。
本发明优选技术方案是：红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在腔体中的温度，所在腔体中的温度是指靠近红外成像设备探测器并且差不多能作为红外成像设备探测器本身的温度。红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在的环境温度，这里红外成像设备探测器所在的环境温度是指红外成像设备探测器所在环境并且差不多能作为红外成像设备探测器本身的温度。具体实施例中，红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器焦平面阵列的温度。
本发明优选技术方案是：图像热窗效应补偿值ΔB为非均匀校正系数，非均匀校正为红外图像成像校正过程中的常用方法，本专利中对于热窗效应的红外图像校正也属于非均匀校正的一种，因此，图像热窗效应补偿值ΔB也为非均匀校正系数。
如图2所示，本发明的具体实施方式是：构建一种红外图像热窗效应实时抑制系统，包括图像数据差值获取模块1、温度差值获取模块2、开机温度获取模块3、实时温度获取模块4、图像热窗效应补偿值获取模块5、红外图像补偿模块6，在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景获取图像数据Image_Data1和温度Temp1，在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2，图像数据差值获取模块1根据图像数据Image_Data1和图像数据Image_Data2获取并存储图像数据差值ΔImage_Data；温度差值获取模块2根据温度Temp1和温度Temp2获取并存储温度差值ΔTemp；所述开机温度获取模块3获取红外成像设备开机时的温度Tstart，所述实时温度获取模块4运行时的实时温度Treal，根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，所述图像热窗效应补偿值获取模块5获取图像热窗效应补偿值ΔB；所述红外图像补偿模块6将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。
如图2所示，本发明的具体实施过程是：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1，同时获取此时的温度Temp1，存储图像数据Image_Data1和温度Temp1。在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2，同时获取此时的温度Temp2。存储图像数据Image_Data2和温度Temp2。图像数据差值获取模块1根据图像数据Image_Data1和图像数据Image_Data2获取并存储图像数据差值ΔImage_Data；温度差值获取模块2根据温度Temp1和温度Temp2获取并存储温度差值ΔTemp。具体实施例中：设备开机后，在无专业制冷设备的自然状态下，温度只会随时间正相变化，通过统计分析，温度变化温差与开机时间之间的关系如图3所示，设备在开机后，通过烤机一定会达到一个热平衡效果，所以此时计算得到的ΔImage_Data和ΔTemp应为图像整体非均匀性变化差值和设备温度变化差值的极大值或接近极大值。因为“热窗”效应主要是由于设备温升导致，因而本发明中以红外成像设备开机时的温度变化差值作为主要的非均匀性计算系数，也可加入其它参数作为影响因子。所述开机温度获取模块3获取红外成像设备开机时的温度Tstart，所述实时温度获取模块4运行时的实时温度Treal。根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，所述图像热窗效应补偿值获取模块5获取图像热窗效应补偿值，具体实施过程是：通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
所述红外图像补偿模块6将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。具体实施例中，将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：
Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
本发明的技术效果是：提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，包括如下步骤：获取冷机状态图像和温度信息：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1和温度Temp1；获取热平衡状态图像和温度信息：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2；获取差值：获取并存储图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取开机时的温度以及运行时的实时温度：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal；获取补偿值：根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；根据补偿值进行补偿：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。本发明提供一种红外图像热窗效应实时抑制方法及系统，通过根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿，通过简单的方法解决了红外图像成像过程中的热窗效应，大大提高了红外图像的质量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取冷机状态图像和温度信息：在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景的图像数据Image_Data1和温度Temp1；
获取热平衡状态图像和温度信息：在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2；
获取差值：获取并存储图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp；
获取开机时的温度以及运行时的实时温度：获取红外成像设备开机时的温度Tstart和以及运行时的实时温度Treal；
获取补偿值：根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，获取图像热窗效应补偿值ΔB；
根据补偿值进行补偿：将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。
2.根据权利要求1所述红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
3.根据权利要求1所述红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
4.根据权利要求1所述红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在腔体中的温度。
5.根据权利要求1所述红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器所在的环境温度。
6.根据权利要求1所述红外图像热窗效应实时抑制方法，其特征在于，图像热窗效应补偿值ΔB为非均匀校正系数。
7.一种红外图像热窗效应实时抑制系统，其特征在于，包括图像数据差值获取模块、温度差值获取模块、开机温度获取模块、实时温度获取模块、图像热窗效应补偿值获取模块、红外图像补偿模块，在红外成像设备冷机时，获取红外成像设备的红外探测器对着均匀辐射场景获取图像数据Image_Data1和温度Temp1，在红外成像设备运行至热平衡状态时，获取红外成像设备的红外探测器对着成像场景的图像数据Image_Data2和温度Temp2，图像数据差值获取模块1根据图像数据Image_Data1和图像数据Image_Data2获取并存储图像数据差值ΔImage_Data；温度差值获取模块根据温度Temp1和温度Temp2获取并存储温度差值ΔTemp；所述开机温度获取模块获取红外成像设备开机时的温度Tstart，所述实时温度获取模块运行时的实时温度Treal，根据红外设备开机温度Tstart和实时温度Treal以及存储的图像数据差值ΔImage_Data和温度差值ΔTemp，所述图像热窗效应补偿值获取模块获取图像热窗效应补偿值ΔB；所述红外图像补偿模块将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB作用到红外图像数据上进行图像补偿。
8.根据权利要求7所述红外图像热窗效应实时抑制系统，其特征在于，所述图像热窗效应补偿值获取模块通过图像热窗效应补偿模型获取图像热窗效应补偿值ΔB：
9.根据权利要求7所述红外图像热窗效应实时抑制系统，其特征在于，所述红外图像补偿模块将计算得到的图像热窗效应补偿值ΔB与实时红外图像数据相加进行图像补偿：Image_Data_New＝Image_Data_Old+ΔB。
10.根据权利要求7所述红外图像热窗效应实时抑制系统，其特征在于，红外成像设备开机时的温度Tstart和运行时的实时温度Treal为红外成像设备探测器焦平面阵列的温度。
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