CN113514155A - 一种无快门的非均匀校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无快门的非均匀校正的方法，在探测器工作范围内，分别采集四个不同温度黑体的本底，连续十张本底求均值，去除时域噪声，保存本底。根据机芯的温度分别拟合四个不同温度黑体的本底，同时计算其均值，根据均值和像素值构建多段函数，原始图像经过导向滤波计算其均值，根据这个均值计算新本底，同时根据这个均值，判断计算增益所需的高温本底和低温本底。实时计算本底和增益，考虑了探测器温度和环境温度对红外图像非均匀校正的影响。本发明无需快门，不仅不会中断探测器工作过程，还能节约成本，同时能解决温漂问题，能够自适应的校正红外图像。

Description

一种无快门的非均匀校正的方法

技术领域

本发明涉及的是红外校正领域，特别涉及一种无快门的非均匀校正的方法。

背景技术

受制造材料和制造工艺等原因的影响，红外探测器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,严重影响红外探测器成像的质量。目前，普遍采用两点校正对红外图像进行非均匀校正。红外探测器受环境温度影响极大，需要不停的周期性的更新校正系数，即不停的打快门，这会暂停探测器的工作过程，严重制约了红外探测器的应用范围。同时周期性的打快门，不仅会增加产品的成本，还会增加产品结构设计的过程。

此外，现有的红外探测器，每次需要提前计算好增益K并导入机芯中，但在实际的应用中，环境温度会发生变化，影响探测器的温度，从而影响成像，提前计算好的增益K，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K，随着时间推移，温度的变化，起不到校正的效果或者校正效果不好。基于此，迫切需要找到一种无需快门并且自适应的非均匀校正的方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种无快门的非均匀校正的方法。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种无快门的非均匀校正的方法，包括：

S100.将红外机芯放入高低温箱，分别将T1、T2、T3和T4度的黑体放在高低温箱外面，机芯温度稳定后，上电连续采集本底，将连续十张本底求均值，去除时域噪声，连续保存本底，同时以机芯的FPA值来命名保存的本底；

S200.根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1、T2、T3和T4度黑体的本底；

S300.分别计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值；

S400.分别将拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的均值和拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的像素值，构成一个函数坐标系，通过二次样条的方法，得到对应的函数关系式；

S500.原始图像经过导向滤波求均值带入S400中得到函数关系式中，即得到新的本底；

S600.原始图像经过导向滤波求均值，根据这个均值判断计算增益K所需要的实时的高温本底和低温本底；

S700.将原始图像减去计算得到的本底，再乘以增益K，完成红外图像的非均匀校正。

进一步地，S200中，根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1、T2、T3和T4度黑体的本底的方法为：获取机芯FPA值FPA1(n)与采集的T1温度黑体样本的第一个像素点B_(1,1)(T1(n))，采用一元三次函数对FPA1(n)和B_(1,1)(T1(n))进行拟合，并通过采集的T1温度黑体的第n个样本实际的第一个像素值与拟合的像素值之差的平方和的最小值，确定一元三次函数对应系数，得到符合T1度黑体的最佳拟合曲线，采取同样方法，分别获取T2、T3和T4度黑体的最佳拟合曲线。

进一步地，S300中，计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值的公式为：

其中，Tn取值为T1、T2、T3和T4，meanTn表示T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值，B_(i,j)(Tn)表示T1、T2、T3和T4度黑体第(i，j)个像素点，m代表图像的长，n代表图像的宽。

进一步地，S400中，拟合的黑体的均值与拟合的黑体的第一个像素点之间对应关系的分段函数表达式为：

其中，mean代表原始图像经过导向滤波后的均值，将拟合的均值meanT1、meanT2、meanT3、meanT4与对应的拟合本底对的第一个像素值B_(1,1)(T1)、B_(1,1)(T2)，、B_(1,1)(T3)，、B_(1,1)(T4)，代入上述函数，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)的表达式中，得到均值和第一个像素的函数，利用上述方法依次计算其他各个点的像素值和均值的函数。

进一步地，S500中，原始图像经过导向滤波，求均值mean，将mean带入S500中得到的函数中，得到新的本底B(i,j)。

进一步地，S600中，将导向滤波后的均值mean与T2和T3度黑体均值meanT2、meanT3进行比较，当mean小于meanT2时，增益K取值为K1(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K2(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K3(i,j)。

进一步地，计算增益K1(i,j)、增益K2(i,j)、增益K3(i,j)的公式为：

其中，meanT1代表拟合的T1温度黑体的均值，meanT2代表拟合的T2温度黑体的均值，meanT3代表拟合的T3温度黑体的均值，meanT4代表拟合的T4温度黑体的均值，B_(i,j)(T1)代表拟合的T1温度黑体的像素值，B_(i,j)(T2)代表拟合的T2温度黑体的像素值，B_(i,j)(T3)代表拟合的T3温度黑体的像素值，B_(i,j)(T4)代表拟合的T4温度黑体的像素值，i和j代表拟合本底像素的坐标点。

进一步地，S700中，根据上面所求的拟合本底B(i,j)和K(i,j)，对红外图像进行非均匀校正，具体过程为：

NUC(i,j)＝(SRC(i,j)-B(i,j))*K(i,j)

其中NUC(i,j)代表校正过的红外图像，SRC(i,j)代表输入的输入的原始图像，B(i,j)代表新计算的本底，K(i,j)代表新计算的增益。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明提供的一种无快门的非均匀校正的方法，在探测器工作范围内，分别采集四个不同温度黑体的本底，连续十张本底求均值，去除时域噪声，保存本底。根据机芯的温度分别拟合四个不同温度黑体的本底，同时计算其均值，根据均值和像素值构建多段函数，原始图像经过导向滤波计算其均值，根据这个均值计算新本底，同时根据这个均值，判断计算增益K所需的高温本底和低温本底。实时计算本底和增益K，考虑了探测器温度和环境温度对红外图像非均匀校正的影响。本发明无需周期性的打快门，不仅不会中断探测器工作过程，还能节约成本，能够自适应的校正红外图像。根据原始图像导向滤波后的均值，实时计算增益K，所需的高温本底和低温本底，考虑了环境温度的对探测器的影响，能够自适应的校正红外图像，完成红外图像的非均匀性校正。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中，一种无快门的非均匀校正的方法的流程图；

图2为本发明实施例1中，一种无快门的非均匀校正的方法的逻辑图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种无快门的非均匀校正的方法。

实施例1

本实施例公开了一种无快门的非均匀校正的方法，如图1，包括：

S100.将红外机芯放入高低温箱，分别将T1、T2、T3和T4度的黑体放在高低温箱外面，机芯温度稳定后，上电连续采集本底，将连续十张本底求均值，去除时域噪声，连续保存本底，同时以机芯的FPA值来命名保存的本底。

S200.根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1、T2、T3和T4度黑体的本底。

在本实施例S200中，根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1度黑体的本底、T2度黑体的本底、T3度黑体的本底、T4度黑体的本底，通过实际仿真发现机芯的FPA和本底的像素值类似一条一元三次函数曲线，这里采用一元三次函数，数据点为

通过最小二乘法拟合得到机芯FPA1(n)值与采集的T1温度黑体样本的第一个像素点B_(1,1)(T1(n))之间对应关系的函数：y＝a*x³+b*x²+c*x+d。满足以下关系：

其中，这里n代表采集的样本个数，B(T1(n))代表采集的T1温度黑体的的样本，FPA1(n)代表T1温度黑体样本中第n个样本对应的FPA值，B_(1,1)(T1(n))代表T1温度黑体样本中第n个样本中第一个像素值，R_(1,1)(T1(n))代表拟合的T1温度黑体第n个样本中第一个像素值,p(n)代表采集的T1温度黑体的第n个样本实际的第一个像素值与拟合的像素值之差的平方和。

通过求偏导求出对应的系数a,b,c,d，从而可以得到T1温度黑体，FPA值和像素值的函数，进而求出拟合的第一个像素值B_(1,1)(T1)。依次类推求出T1温度黑体的所有像素值B_(i,j)(T1)。

同样的方法求出T2温度黑体的像素值B_(i,j)(T2)，同样的方法求出T3温度黑体的像素值B_(i,j)(T3)，同样的方法求出T4温度黑体的像素值B_(i,j)(T4)。

S300.分别计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值；在本实施例S300中，计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值的公式为：

其中，Tn取值为T1、T2、T3和T4，meanTn表示T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值，B_(i,j)(Tn)表示T1、T2、T3和T4度黑体第(i，j)个像素点，m代表图像的长，n代表图像的宽。

S400.分别将拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的均值和拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的像素值，构成一个函数坐标系，通过二次样条的方法，得到对应的函数关系式。

在本实施例S400中，拟合的T1度黑体的本底的均值meanT1和拟合的T1度黑体的本底的像素值，构成一个坐标点，以此类推T2度黑体，T3度黑体，T4度黑体，通过二次样条的方法，得到对应的函数关系式，拟合的黑体的均值与拟合的黑体的第一个像素点之间对应关系的分段函数表达式为：

这里mean代表原始图像经过导向滤波后的均值，将拟合的均值meanT1、meanT2、meanT3、meanT4与对应的拟合本底对的第一个像素值B_(1,1)(T1)、B_(1,1)(T2)，、B_(1,1)(T3)，、B_(1,1)(T4)，代入上述函数，得到：

a1＝0

a1*meanT1²+b1*meanT1+c1＝B_(1,1)(T1)

a1*meanT2²+b1*meanT2+c1＝B_(1,1)(T2)

a2*meanT2²+b2*meanT2+c2＝B_(1,1)(T2)

a2*meanT3²+b2*meanT3+c2＝B_(1,1)(T3)

a1*meanT2+b1＝a2*meanT2+b2

a2*meanT3+b2＝a3*meanT3+b3

a3*meanT3²+b3*meanT3+c3＝B_(1,1)(T3)

a3*meanT4²+b3*meanT4+c3＝B_(1,1)(T4)

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)的表达式中，即得到均值和第一个像素的函数，利用上述方法依次计算其他各个点的像素值和均值的函数。

S500.原始图像经过导向滤波求均值带入S400中得到函数关系式中，即得到新的本底；在本实施例S500中，原始图像经过导向滤波，求均值mean，将mean带入S500中得到的函数中，得到新的本底B(i,j)。

S600.原始图像经过导向滤波求均值，根据这个均值判断计算增益K所需要的实时的高温本底和低温本底；在本实施例S600中，如图2，将导向滤波后的均值mean与T2和T3度黑体均值meanT2、meanT3进行比较，当mean小于meanT2时，增益K取值为K1(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K2(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K3(i,j)。

具体的，计算增益K1(i,j)、增益K2(i,j)、增益K3(i,j)的公式为：

其中，meanT1代表拟合的T1温度黑体的均值，meanT2代表拟合的T2温度黑体的均值，meanT3代表拟合的T3温度黑体的均值，meanT4代表拟合的T4温度黑体的均值，B_(i,j)(T1)代表拟合的T1温度黑体的像素值，B_(i,j)(T2)代表拟合的T2温度黑体的像素值，B_(i,j)(T3)代表拟合的T3温度黑体的像素值，B_(i,j)(T4)代表拟合的T4温度黑体的像素值，i和j代表拟合本底像素的坐标点。

S700.将原始图像减去计算得到的本底，再乘以增益K，完成红外图像的非均匀校正。

在本实施例S700中，根据上面所求的拟合本底B(i,j)和K(i,j)，对红外图像进行非均匀校正，具体过程为：

NUC(i,j)＝(SRC(i,j)-B(i,j))*K(i,j)

其中NUC(i,j)代表校正过的红外图像，SRC(i,j)代表输入的输入的原始图像，B(i,j)代表新计算的本底，K(i,j)代表新计算的增益。

本实施例提供的一种无快门的非均匀校正的方法，在探测器工作范围内，分别采集四个不同温度黑体的本底，连续十张本底求均值，去除时域噪声，保存本底。根据机芯的温度分别拟合四个不同温度黑体的本底，同时计算其均值，根据均值和像素值构建多段函数，原始图像经过导向滤波计算其均值，根据这个均值计算新本底，同时根据这个均值，判断计算增益K所需的高温本底和低温本底。实时计算本底和增益K，考虑了探测器温度和环境温度对红外图像非均匀校正的影响。本发明无需周期性的打快门，不仅不会中断探测器工作过程，还能节约成本，能够自适应的校正红外图像。根据原始图像导向滤波后的均值，实时计算增益K，所需的高温本底和低温本底，考虑了环境温度的对探测器的影响，能够自适应的校正红外图像，完成红外图像的非均匀性校正。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (8)

1.一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，包括：

S100.将红外机芯放入高低温箱，分别将T1、T2、T3和T4度的黑体放在高低温箱外面，机芯温度稳定后，上电连续采集本底，将连续十张本底求均值，去除时域噪声，连续保存本底，同时以机芯的FPA值来命名保存的本底；

S200.根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1、T2、T3和T4度黑体的本底；

S300.分别计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值；

S400.分别将拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的均值和拟合的T1、T2、T3和T4度黑体的本底的像素值，构成一个函数坐标系，通过二次样条的方法，得到对应的函数关系式；

S500.原始图像经过导向滤波求均值带入S400中得到函数关系式中，即得到新的本底；

S600.原始图像经过导向滤波求均值，根据这个均值判断计算增益K所需要的实时的高温本底和低温本底；

S700.将原始图像减去计算得到的本底，再乘以增益K，完成红外图像的非均匀校正。

2.如权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S200中，根据机芯的温度，通过最小二乘法分别来拟合T1、T2、T3和T4度黑体的本底的方法为：获取机芯FPA值FPA1(n)与采集的T1温度黑体样本的第一个像素点B_(1,1)(T1(n))，采用一元三次函数对FPA1(n)和B_(1,1)(T1(n))进行拟合，并通过采集的T1温度黑体的第n个样本实际的第一个像素值与拟合的像素值之差的平方和的最小值，确定一元三次函数对应系数，得到符合T1度黑体的最佳拟合曲线，采取同样方法，分别获取T2、T3和T4度黑体的最佳拟合曲线。

3.如权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S300中，计算拟合的T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值的公式为：

其中，Tn取值为T1、T2、T3和T4，meanTn表示T1、T2、T3和T4度黑体本底的均值，B_(i,j)(Tn)表示T1、T2、T3和T4度黑体第(i，j)个像素点，m代表图像的长，n代表图像的宽。

4.如权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S400中，拟合的黑体的均值与拟合的黑体的第一个像素点之间对应关系的分段函数表达式为：

其中，mean代表原始图像经过导向滤波后的均值，将拟合的均值meanT1、meanT2、meanT3、meanT4与对应的拟合本底对的第一个像素值B_(1,1)(T1)、B_(1,1)(T2)，、B_(1,1)(T3)，、B_(1,1)(T4)，代入上述函数，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)的表达式中，得到均值和第一个像素的函数，利用上述方法依次计算其他各个点的像素值和均值的函数。

5.如权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S500中，原始图像经过导向滤波，求均值mean，将mean带入S500中得到的函数中，得到新的本底B(i,j)。

6.如权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S600中，将导向滤波后的均值mean与T2和T3度黑体均值meanT2、meanT3进行比较，当mean小于meanT2时，增益K取值为K1(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K2(i,j)；当mean大于meanT2小于T3时，增益K取值为K3(i,j)。

7.如权利要求6的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，计算增益K1(i,j)、增益K2(i,j)、增益K3(i,j)的公式为：

其中，meanT1代表拟合的T1温度黑体的均值，meanT2代表拟合的T2温度黑体的均值，meanT3代表拟合的T3温度黑体的均值，meanT4代表拟合的T4温度黑体的均值，B_(i,j)(T1)代表拟合的T1温度黑体的像素值，B_(i,j)(T2)代表拟合的T2温度黑体的像素值，B_(i,j)(T3)代表拟合的T3温度黑体的像素值，B_(i,j)(T4)代表拟合的T4温度黑体的像素值，i和j代表拟合本底像素的坐标点。

8.根据权利要求1的一种无快门的非均匀校正的方法，其特征在于，S700中，根据上面所求的拟合本底B(i,j)和K(i,j)，对红外图像进行非均匀校正，具体过程为：

NUC(i,j)＝(SRC(i,j)-B(i,j))*K(i,j)

其中NUC(i,j)代表校正过的红外图像，SRC(i,j)代表输入的输入的原始图像，B(i,j)代表新计算的本底，K(i,j)代表新计算的增益。

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