CN113465752B - 红外自适应选择定标点的多点定标校正方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种红外自适应选择定标点的多点定标校正方法与系统，包括：获取黑体数据并根据黑体数据确定实际响应曲线和2个端点定标点；在最小温度点到最大温度点范围内，遍历选取任一温度点，确定左右两侧最邻近的温度点，获取初始响应曲线；根据三点的温度与灰度均值，计算经过三点的抛物线；计算抛物线与实际响应曲线的残差平方和及初始响应曲线与实际响应曲线的残差平方和，获得残差平方和增益；在最小温度点到最大温度点范围内选最大值对应的温度点作为中间定标点；再重复前述步骤，直到确定的端点定标点与中间定标点的总数达到预设的值；基于确定的定标点进行标定校正。本发明的方法可合理选定定标点，提高多点定标非均匀校正系统精度。

Description

红外自适应选择定标点的多点定标校正方法与系统

技术领域

本发明涉及红外图像处理技术领域，具体而言涉及一种红外自适应选择定标点的多点定标校正方法与系统，用于红外热成像技术。

背景技术

红外热成像技术有效地拓宽了人类的视力范围，在军用、安防、道路检测和工业产品检测等领域，红外热成像系统的使用越来越广泛，但是因为材料和工艺的原因，焦平面探测单元的响应率很难做到一致，造成探测器给出的响应不一致。非均匀性校正的目的正是为了补偿探测器的输出响应不一致的问题，去除低频固定图案噪声。

目前非均匀校正算法主要分为两大类，其中一类为基于辐射源标定的非均匀校正算法，另一类基于场景的非均匀校正算法。其中基于辐射源标定的校正方法中，常用的是多点定标校正算法。多点定标法校正精度较高，但需要选择合理的定标点才能达到理论的校正效果。

例如在申请号为201910802663.8的专利中提出一种基于探测器温度的多点校正方法中直接选取固定温度作为温度点，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。但在该算法中，步骤S1中采取均匀分段多点的温度选取方式，选取温度为0°、20°、40°、60°的温度值作为定标点，由于选用传统的均匀分段多点的温度点选取方式，导致选取点连成的折线没有尽可能逼近响应曲线，无法在全局上保持良好的校正效果。

现有技术文献：

专利文献1：CN110595630B 基于探测器温度的多点校正方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种红外自适应选择定标点的多点定标校正方法与系统，自适应地在焦平面响应曲线上确定标定所需的温度点，以提高多点定标非均匀校正系统精度。

根据本发明目的的第一方面提出一种红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，包括：

步骤1、获取红外探测器采集的不同温度点的黑体数据；

步骤2、根据黑体数据确定实际响应曲线V _real ；

步骤3、以黑体数据中最小温度点T ₁ 和最大温度点T _n 作为预设的k个定标点中的2个端点定标点；

步骤4、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，遍历选取任意一温度点T _m ，并确定温度点T _m 左右两侧最邻近的温度点T _zuo 、T _you ，获取初始响应曲线V _i,m ，V _i,m 为连接最邻近的温度点T _zuo 、T _you 的直线；i表示定标点的序号，i=2,3,4，…，k-1；m=2,3，…，n-1；

步骤5、根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三点的抛物线V _para ；

步骤6、对于每个温度点T _m ，计算抛物线V _para 与实际响应曲线V _real 的残差平方和，以及计算初始响应曲线V _i,m 与实际响应曲线V _real 的残差平方和，并据此获得残差平方和增益；

步骤7、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，选取残差平方和增益的最大值对应的温度点作为中间定标点，并将该中间定标点对应的初始响应曲线V _i,m 在T ₁ 到T _n 上的值修改为V _para ；

步骤8、重复前述步骤4-7，直到确定的端点定标点与中间定标点的总数达到预设的k值；

步骤9、基于确定的k个定标点，采用多点定标法进行标定校正。

优选地，所述步骤2中，根据黑体数据确定实际响应曲线V _real 包括：

以预处理后各温度点以及对应的温度点的灰度均值为基础，以逐点连接的方式，获得实际响应曲线V _real 。

优选地，所述步骤5中，根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ，包括：

以下述方式计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ：

V _para = aT ² + bT+c

其中，式中a、b、c为抛物线的系数，由下式计算得到：

V _zuo = aT _zuo ² + bT _zuo +c

V _m = aT _m ² + bT _m +c

V _you = aT _you ² + bT _you +c

其中，V _zuo 、V _m 、V _you 分别为T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点为对应的灰度均值。

根据本发明目的的第二方面还提出一种红外自适应选择定标点的多点定标校正系统，包括：

一个或多个处理器；

存储器，存储可被操作的指令，所述指令在通过所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括前述方法的过程。

根据本发明目的的第三方面还提出一种存储软件的计算机可读取介质，所述软件包括能通过一个或多个计算机执行的指令，所述指令在被所述一个或多个计算机执行时执行如前述方法的过程。

结合以上技术方案，与现有技术相比，本发明的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的显著优点在于：

1、本发明通过基于抛物线与实际响应曲线以及最邻近响应曲线与实际响应曲线间的残差，确定的残差平方和增益来选择定标点，在最大温度点和最小温度点之间每个点均确定一个增益值，增益值越大则越接近真实响应曲线，由此自动自适应地选定定标点，避免人工选取定标点带来的随机性误差；

2、本发明提出基于抛物线与响应曲线间的残差选择多点定标校正算法的定标点的方法，实现更合理且自动获得合适的定标点，而非人工选取定标点或者以固定的方式选取定标点（例如5°,10°,15°，…，40°均匀间隔选择），使得多点校正后精度提高，在红外探测器的输出响应率不均匀性特性上，相比于现有技术中均匀分段的多点校正法更低；

3、当探测器工作时间增加发生温漂时，可重新进行自适应多点标定。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的示例性实施例的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的流程图；

图2是根据本发明的示例性实施例的实际相应曲线的示意图；

图3是多点校正前的图像的示意图；

图4是采用本发明实施例的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的校正结果示意图；

图5是采用现有技术中平均分段定标点进行多点定标校正的校正结果示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

根据本发明的实施例提出一种基于抛物线与响应曲线间的残差选择多点定标校正算法的定标点的方法，在最大温度点和最小温度点之间每个点均确定一个增益值，增益值越大则越接近真实响应曲线，由此自动自适应地选定定标点，在此基础上进行多点校正，提高多点定标非均匀校正的精度。

作为优选的实施例的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的过程包括：首先，根据黑体数据确定实际响应曲线；然后，先确定最大温度点和最小温度点作为定标点，再根据预设的定标点（需要的定标点总数）来确定中间定标点，中间定标点的确定根据每一个中间温度点通过拟合的抛物线与实际响应曲线的残差，确定残差平方和增益来选择中间定标点，增益值越大则越接近真实响应曲线，因此我们通过选定残差平方和增益最大的温度点作为选定的中间定标点；最后，以确定的所有定标点为基础，采用多点定标校正算法进行红外非均匀性校正，从而提高校正精度。

结合图1所示示例的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的实现过程，其包括：

步骤1、获取红外探测器采集的不同温度点的黑体数据；

步骤2、根据黑体数据确定实际响应曲线V _real ；

步骤3、以黑体数据中最小温度点T ₁ 和最大温度点T _n 作为预设的k个定标点中的2个端点定标点；

步骤4、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，遍历选取任意一温度点T _m ，并确定温度点T _m 左右两侧最邻近的温度点T _zuo 、T _you ，获取初始响应曲线V _i,m ，V _i,m 为连接最邻近的温度点T _zuo 、T _you 的直线；i表示定标点的序号，i=2,3,4，…，k-1；m=2,3，…，n-1；

步骤5、根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三点的抛物线V _para ；

步骤6、对于每个温度点T _m ，计算抛物线V _para 与实际响应曲线V _real 的残差平方和

，以及计算初始响应曲线V _i,m 与实际响应曲线V _real 的残差平方和

，并据此获得 残差平方和增益

；

步骤7、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，选取残差平方和增益

的最大值对应的温度点作为中间定标点，并将该中间定标点对应的初 始响应曲线V _i,m 在T ₁ 到T _n 上的值修改为V _para ；

步骤8、重复前述步骤4-7，直到确定的端点定标点与中间定标点的总数达到预设的k值；

步骤9、基于确定的k个定标点，采用多点定标法进行标定校正。

由此，通过自动自适应地选定定标点，避免采用人工选取定标点或者以固定的方式选取定标点，使得多点校正后精度提高，在红外探测器的输出响应率不均匀性特性上，相比于现有技术中均匀分段的多点校正法更低。

下面我们结合具体的示例，更加具体的描述上述实施例的实现过程。

在采集黑体数据的过程中，本实施实例中使用测试数据是使用国产640×512制冷型红外焦平面探测器采集面源黑体得到均匀辐射黑体图像，黑体温度范围为5°到40°，每度采集100张黑体样本，共36组图像。然后，对黑体数据进行盲元判定，再根据各温度点的100张均值，得到实际响应曲线Veal，如图2所示。

其中，以设定的温度采集间隔为周期，获取不同温度点对应的黑体数据。

在每个温度点采集多张黑体样本，并且在每个温度点下，获取多张黑体样本的灰度均值。

其中，对获得的黑体数据的预处理，旨在对获得的黑体样本（图像）进行图像预处理，例如去除盲元、去杂散光、中值滤波、图像增强、降噪处理等。本发明的实施例中，以去除盲元为例，将图像中的坏点去除，可采用现有的盲元处理算法实现。

在所获得的黑体数据的基础上，首先选定最大温度点和最小温度点作为端点定标点，即T ₁ 到T _n ，分别为5°和40°两个温度点。

然后以T ₁ 到T _n 为基础，确定中间定标点。

结合前述步骤4-7所示的示例，由于在初始化时，仅具有确定的2个端点定标点，因此在确定第三个定标点时，在T ₁ 到T _n 范围内，通过遍历每一个温度点，确定每一个温度点下的残差平方和增益，最后选取残差平方和增益最大值对应的温度点作为第三个定标点，即中间定标点。如此，将定标点更新到3个点，即1个中间定标点+2个端点定标点。

然后，在此更新的定标点的基础上，继续按照前述步骤4-7进行新的中间定标点的选取，直到所有定标点的总数达到预设值k。

例如，在确定第三个定标点之后，则在所有已经获得的定标点的基础上，继续确定后续的中间定标点，直到达到预设的数量k。

作为示例的实施方式，根据黑体数据确定实际响应曲线V _real 包括：

以预处理后各温度点以及对应的温度点的灰度均值为基础，以逐点连接的方式，获得实际响应曲线Veal，如图2所示，横坐标表示温度，纵坐标表示灰度均值。

作为示例性实施方式，前述步骤4在初始化处理时，以最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 作为两个初始定标点，在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，遍历选取任意一温度点T _m ，并确定温度点T _m 左右两侧最邻近的温度点T _zuo 、T _you ，获取初始响应曲线V _i,m ，此时T _zuo =T ₁ ，T _you =T _n ，则在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，对于每一个温度点T _m 均确定其初始响应曲线，即温度点T ₁ 与T _n 连接成的直线；然后在所有已经获得的中间定标点和两个端点定标点的基础上，继续确定后续的中间定标点，直到所有定标点总数量达到预设的数量k。

其中，所述步骤5中，根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ，包括：

以下述方式计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ：

V _para = aT ² + bT+c

其中，式中a、b、c为抛物线的系数，由下式计算得到：

V _zuo = aT _zuo ² + bT _zuo +c

V _m = aT _m ² + bT _m +c

V _you = aT _you ² + bT _you +c

其中，V _zuo 、V _m 、V _you 分别为T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点为对应的灰度均值。

以预设8个定标点为例，本实施例得到的温度点为T ₁ 、

、T _n ，其中

为根据本发明的前述实施例确定的中间定标点。本实时实例中自适应选择的定标点为: T ₁ =5°、

、

。

在确定的所有定标点的基础上，采用多点定标法进行标定校正。在本发明的实施例中，可采用现有的多点定标算法进行校正，只是改变了其中的定标点也即自适应分段，而不是采用现有的均匀分段的方式。

传统均匀分段选取和本专利相同的国产探测器和预处理步骤（盲元去除），直接选取传统均匀分段温度点5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°进行多点校正。利用18°黑体对应图片进行验证，其中图3为18°黑体图，即校正前的原始图像，图4为18°黑体进行红外自适应选择定标点的多点定标校正方法的校正结果示意图，图5为采用现有技术中平均分段定标点进行多点定标校正的校正结果示意图。

结合图4、5所示，图4图像中无完整条纹存在，四周无明显明暗色差，左右两侧竖条纹以及角处阴影几乎完全消失；根据图5，其采用传统的均匀分段多点定标校正法进行校正，图像中竖条纹明显，有完整的竖条纹残留，左右两侧阴影残留与自适应分段多点法相比有明显差距。根据图像的响应率不均匀性的计算结果，如下表1所示，使用本发明前述实施例的自适应分段的非均匀性校正效果比传统的均匀分段多点法的校正效果更佳，而且效果提升明显。

为评价自适应分段多点校正法的校正效果，利用GB/T 17444-2013计算响应率不均匀性（responsivity non-uniformity, UR）：

其中

为平均响应率，M、N为像元行列数，d为死像元，h为过热像元，

为像元响应率。

表1 图像响应率不均匀性测试结果

校正算法	采用传统均匀分段多点法校正	采用本发明的自适应分段多点法校正
			响应率不均匀性	4.37%	0.23%

根据本发明的公开，还提出一种红外自适应选择定标点的多点定标校正系统，包括：

一个或多个处理器；

存储器，存储可被操作的指令，所述指令在通过所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括前述方法的过程，尤其是图1所示的流程的方法。

根据本发明的公开，还提出一种存储软件的计算机可读取介质，所述软件包括能通过一个或多个计算机执行的指令，所述指令在被所述一个或多个计算机执行时执行如前述方法的过程，尤其是图1所示的流程的方法。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取红外探测器采集的不同温度点的黑体数据；

步骤2、根据黑体数据确定实际响应曲线V _real ；

步骤3、以黑体数据中最小温度点T ₁ 和最大温度点T _n 作为预设的k个定标点中的2个端点定标点；

步骤4、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，选取任意一温度点T _m ，并确定温度点T _m 左右两侧最邻近的温度点T _zuo 、T _you ，获取初始响应曲线V _i,m ，V _i,m 为连接最邻近的温度点T _zuo 、T _you 的直线；i表示定标点的序号，i=2,3,4，…，k-1；m=2,3，…，n-1；

步骤5、根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三点的抛物线V _para ；

步骤6、对于每个温度点T _m ，计算抛物线V _para 与实际响应曲线V _real 的残差平方和

， 以及计算初始响应曲线V _i,m 与实际响应曲线V _real 的残差平方和

，并据此获得残差平 方和增益

；

步骤7、在最小温度点T ₁ 到最大温度点T _n 范围内，选取残差平方和增益

的最大值 对应的温度点作为中间定标点，并将该中间定标点对应的初始响应曲线V _i,m 在T ₁ 到T _n 上的值 修改为V _para ；

步骤8、重复前述步骤4-7，直到确定的端点定标点与中间定标点的总数达到预设的k值；

步骤9、基于确定的k个定标点，采用多点定标法进行标定校正。

2.根据权利要求1所述的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，所述步骤1中，以设定的温度采集间隔为周期，获取不同温度点对应的黑体数据。

3.根据权利要求1所述的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，所述步骤1中，在每个温度点采集多张黑体样本，并且在每个温度点下，获取多张黑体样本的灰度均值。

4.根据权利要求1所述的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，所述步骤1中，还包括对所获取的黑体数据的预处理。

5.根据权利要求1所述的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，所述步骤2中，根据黑体数据确定实际响应曲线V _real 包括：

以预处理后各温度点以及对应的温度点的灰度均值为基础，以逐点连接的方式，获得实际响应曲线V _real 。

6.根据权利要求1所述的红外自适应选择定标点的多点定标校正方法，其特征在于，所述步骤5中，根据T _zuo 、T _m 、T _you 三点的温度与灰度均值，计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ，包括：

以下述方式计算经过T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点的抛物线V _para ：

V _para = aT ² + bT +c

其中，式中a、b、c为抛物线的系数，由下式计算得到：

V _zuo = aT _zuo ² + bT _zuo +c

V _m = aT _m ² + bT _m +c

V _you = aT _you ² + bT _you +c

其中，V _zuo 、V _m 、V _you 分别为T _zuo 、T _m 、T _you 三个温度点为对应的灰度均值。

7.一种红外自适应选择定标点的多点定标校正系统，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，存储可被操作的指令，所述指令在通过所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括前述权利要求1-6中任意一项所述方法的过程。

8.一种存储软件的计算机可读取介质，其特征在于，所述软件包括能通过一个或多个计算机执行的指令，所述指令在被所述一个或多个计算机执行时执行如前述权利要求1-6中任意一项所述方法的过程。

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