CN114152353B - 一种红外热像仪自动定标方法及装置 - Google Patents

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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry

Abstract

本发明公开了一种红外热像仪自动定标方法及装置，属于红外技术领域。其中，方法的实现包括：将红外热像仪的全部工作温度以预设间隔划分为若干温度段；在每个温度段内实时获取红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像，其中，红外热像仪放置于高低温箱中且对准均匀目标背景；由每个温度段内红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像得到每个温度段内的校正补偿参数表，并将校正补偿参数表传至红外热像仪，以使红外热像仪根据校正补偿参数表进行校正。通过本发明提升红外热像仪的定标效率，解决红外热像仪工作过程中环境温度变化导致的红外图像均匀性下降的问题，提升红外热像仪的环境适应性。

Description

一种红外热像仪自动定标方法及装置
技术领域
本发明属于红外技术领域，更具体地，涉及一种红外热像仪自动定标方法及装置。
背景技术
理想情况下，红外焦平面探测器接收的均匀辐射输入时，其响应幅度应该完全一致。但是由于生产工艺、材料特性、探测器工作的环境温度等条件的不同，红外焦平面探测器各个探测单元之间的响应特性存在一定差异，即使在均匀的辐射输入下，各个探测单元的响应输出并不一致，这就导致了红外图像的非均匀性。
针对红外图像的非均匀性，通常的处理方法是通过黑体定标的方式校正红外探测器的非均匀性，定标方法主要有一点温度两点校正、两点温度校正和多点温度校正。主流的红外热像仪均采用两点校正结合一点校正的方法，在出厂前采用两点校正法利用黑体定标获取增益校正系数，在实际工作过程中调用增益校正系数，并通过挡板或光学虚焦的方法获取均匀背景进行一点校正得到偏置校正系数，进而完成非均匀性校正。
由于探测器和成像电路在工作过程中会发热，以及热像仪所处环境温度、风速、光照等条件的变化，导致探测器在工作过程中的环境温度实时发生着变化。由于前述一点校正是在某一个确定的环境温度下进行的，当环境温度发生变化后，偏置校正系数无法有效修正非均匀性，导致红外图像的非均匀性增强，从而降低了红外图像的信噪比。此外，为了修正环境温度变化导致的偏置校正系数的漂移，通常是重新进行一点温度校正，此时又会中断红外成像系统的正常工作，这种中断成像的操作严重限制了红外成像系统在目标检测跟踪等方面的应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种红外热像仪全部工作温度段内自动标定基于环境温度的非均匀性校正的方法及装置，提升红外热像仪的定标效率，解决红外热像仪工作过程中环境温度变化导致的红外图像均匀性下降的问题，提升红外热像仪的环境适应性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种红外热像仪自动定标方法，包括：
将红外热像仪的全部工作温度以预设间隔划分为若干温度段；
在每个温度段内实时获取红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像，其中，红外热像仪放置于高低温箱中且对准均匀目标背景；
由每个温度段内红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像得到每个温度段内的校正补偿参数表，并将校正补偿参数表传至红外热像仪，以使红外热像仪根据校正补偿参数表进行校正。
其中，红外热像仪的全部工作温度以预设间隔ΔT划分为若干段，可以记为T1～T2，T2～T3，T3～T4，…，Tn-1～Tn。
在一些可选的实施方案中，所述在每个温度段内实时获取红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像，包括：
红外热像仪在每个温度下开机，采集红外热像仪在i温度下自然升温过程中的原始红外图像和对应的环境温度，待红外热像仪达到温度平衡结束采集，记采集的环境温度为Ti 1，Ti 2，Ti 3，…，Ti k，记采集到的各环境温度对应的原始红外图像为其中，Ti k和/>表示在i温度下启动红外热像仪自然升温过程中采集到的第k个温度点和第k个温度点对应的原始红外图像。
在一些可选的实施方案中，所述预设间隔满足预设间隔≤Ti k-Ti 1。
其中，预设间隔ΔT应满足ΔT≤Ti k-Ti 1，是为了对红外热像仪工作温度段的划分应不大于红外热像仪在整个工作过程中的温升幅度。
在一些可选的实施方案中，所述由每个温度段内红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像得到每个温度段内的校正补偿参数表，包括：
由得到i温度对应的温度段下的偏置补偿系数Bcorrecti，其中，/> 表示对原始红外图像/>求均值；
由每个温度段内的偏置补偿系数构成校正补偿参数表。
在一些可选的实施方案中，所述红外热像仪根据校正补偿参数表进行校正，包括：
红外热像仪在工作过程中，读取开机时刻的环境温度T，选择T所在的温度段，记为Ti～Ti+1，调用对应的偏置补偿系数Bcorrecti，后续实时读取红外热像仪的环境温度Ti j，实时红外图像为I，由Icorrect＝I-Bcorrecti*Ti j得到校正结果。
按照本发明的另一方面，提供了一种红外热像仪自动定标装置，包括：高低温箱、电源模块、数据采集模块及终端设备；
所述高低温箱用于模拟红外热像仪使用过程中的环境温度，具备通过串口和网口等外部控制温箱启停和温度设定的功能；
所述电源模块用于为红外热像仪提供工作所需电压，具备通过串口和网口等外部控制电源启动和电压幅值和电流强度设定的功能；
所述数据采集模块用于在每个温度段内实时获取红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像，并向所述终端设备传输红外热像仪的原始红外图像、红外热像仪当前的工作环境温度和红外热像仪状态信息，其中，红外热像仪的全部工作温度以预设间隔划分为若干温度段；
所述终端设备用于显示红外图像，控制所述高低温箱和所述电源模块，监控红外热像仪环境温度和所述高低温箱以及所述电源模块的工作状态，同时由每个温度段内红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像得到每个温度段内的校正补偿参数表；
所述数据采集模块还用于通过所述终端设备将每个温度段内的校正补偿参数表下传至红外热像仪，以使红外热像仪根据校正补偿参数表进行校正。
在一些可选的实施方案中，所述数据采集模块用于在红外热像仪在每个温度下开机后，采集红外热像仪在i温度下自然升温过程中的原始红外图像和对应的环境温度，待红外热像仪达到温度平衡结束采集，记采集的温度为Ti 1，Ti 2，Ti 3，…，Ti k，记采集到的各环境温度对应的原始红外图像为 其中，Ti k和/>表示i温度下启动红外热像仪自然升温过程中采集到的第k个温度点和第k个温度点对应的原始红外图像。
在一些可选的实施方案中，所述预设间隔满足预设间隔≤Ti k-Ti 1。
在一些可选的实施方案中，所述终端设备用于由得到i温度对应的温度段下的偏置补偿系数Bcorrecti，其中，/> 表示对原始红外图像/>求均值；由每个温度段内的偏置补偿系数构成校正补偿参数表。
在一些可选的实施方案中，所述红外热像仪根据校正补偿参数表进行校正，包括：
红外热像仪在工作过程中，读取开机时刻的环境温度T，选择T所在的温度段，记为Ti～Ti+1，调用对应的偏置补偿系数Bcorrecti，后续实时读取红外热像仪的环境温度Ti j，实时红外图像为I，由Icorrect＝I-Bcorrecti*Ti j得到校正结果。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过将红外热像仪工作的全部环境温度进行分段，分别在各个温度段内采集红外热像仪从开机到温度平衡整个过程中的环境温度和对应的原始红外图像，基于最小二乘法进行线性拟合，得到基于环境温度的偏置补偿系数，最终有效补偿红外热像仪在使用过程中由于环境温度变化产生的校正系数漂移的问题，避免了手动校正出现的视频中断现象，具有较好的应用价值。
(2)本发明通过终端设备搭载的显控软件，在红外热像仪工作的全部环境温度范围内自动控制高低温箱和电源模块，通过数据采集模块自动采集红外热像仪的环境温度和对应的原始红外图像，计算得到全部基于环境温度的偏置补偿系数，并下传至红外热像仪，最终实现自动定标，有效提升了标定效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于环境温度的非均匀性校正方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种红外热像仪自动定标装置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于环境温度的非均匀校正效果图，其中，(a)是原始红外图像；(b)是基于环境温度的非均匀性校正效果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1及图2所示，本实施例阐明了基于环境温度的非均匀性校正的基本工作原理。将红外热像仪全部的工作温度划分为若干温度段，将红外热像仪放置于高低温箱中，终端设备通过搭载的显控软件控制高低温箱的温度和红外热像仪供电的通断，在每个温度段内通过数据采集模块实时获取红外热像仪当前的工作环境温度和对应的原始红外图像。终端设备解算出每个环境温度段内的校正补偿参数表，并将校正补偿参数表通过数据采集模块下传至红外热像仪。
上述技术方案中的基于环境温度的标定和补偿方法具体步骤如下：
(1)将红外热像仪放置于高低温箱中，对准均匀目标背景，将红外热像仪的全部工作温度(如-40℃～60℃)以间隔10℃划分为10段，记为T-40～-30，T-30～-20，T-20～-10，…，T50～60；
(2)红外热像仪在-40℃环境温度下开机，通过数据采集模块采集红外热像仪在该-40℃环境温度下自然升温过程中的原始红外图像和对应的环境温度，待红外热像仪达到温度平衡结束采集，记采集的环境温度为 记采集到的各环境温度对应的原始红外图像为/> 和/>分别表示前述-40℃环境温度下启动红外热像仪自然升温过程中采集到的第k个温度点和第k个温度点对应的原始红外图像；
(3)一般地，前述即红外热像仪工作温度段内从开机到温度平衡的温升幅度大于10℃；
(4)重复步骤(2)，直至获取红外热像仪分别在-30℃、-20℃、…、50℃环境温度下从开机到温度平衡过程中的环境温度和对应的原始红外图像；
(5)根据前述获取的红外热像仪环境温度和对应的原始红外图像，基于最小二乘法进行线性拟合，计算T-40～-30条件下基于环境温度的偏置补偿系数，具体公式：
其中，Bcorrect-40为-40℃～-30℃环境温度段下的偏置补偿系数，其中由下式给出：
其中，表示对原始红外图像/>求均值；
(6)重复步骤(5)计算得到全部Bcorrect后，终端设备通过数据采集模块将10组Bcorrect下传至红外热像仪；
(7)红外热像仪在工作过程中，假设红外热像仪开机时刻的环境温度为22℃，则该温度点所在的温度区间为T20～30，调用对应的基于环境温度的偏置补偿系数Bcorrect20，后续实时读取红外热像仪的环境温度T，如图3中(a)所示实时红外图像为I，得到如图3中(b)所示的校正结果，公式如下：Icorrect＝I-Bcorrect20*T。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种红外热像仪自动定标方法，其特征在于，包括：
将红外热像仪的全部工作温度以预设间隔划分为若干温度段；
红外热像仪在每个温度下开机，采集红外热像仪在i温度下自然升温过程中的原始红外图像和对应的环境温度，待红外热像仪达到温度平衡结束采集，记采集的温度为Ti 1，Ti 2，Ti 3，...，Ti k，记采集到的各环境温度对应的原始红外图像为其中，Ti k和/>表示i温度下启动红外热像仪自然升温过程中采集到的第k个温度点和第k个温度点对应的原始红外图像，其中，红外热像仪放置于高低温箱中且对准均匀目标背景；
由得到i温度对应的温度段下的偏置补偿系数Bcorrecti，其中，/> 表示对原始红外图像/>求均值，由每个温度段内的偏置补偿系数构成校正补偿参数表，并将校正补偿参数表传至红外热像仪，以使红外热像仪在工作过程中，读取开机时刻的环境温度T，选择T所在的温度段，记为Ti～Ti+1，调用对应的偏置补偿系数Bcorrecti，后续实时读取红外热像仪的环境温度Ti j，实时红外图像为I，由Icorrect＝I-Bcorrecti*Ti j得到校正结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设间隔满足预设间隔≤Ti k-Ti 1。
3.一种红外热像仪自动定标装置，其特征在于，包括：高低温箱、电源模块、数据采集模块及终端设备；
所述高低温箱用于模拟红外热像仪使用过程中的环境温度；
所述电源模块用于为红外热像仪提供工作所需电压；
所述数据采集模块用于在红外热像仪在每个温度下开机后，采集红外热像仪在i温度下自然升温过程中的原始红外图像和对应的环境温度，待红外热像仪达到温度平衡结束采集，记采集的温度为Ti 1，Ti 2，Ti 3，…，Ti k，记采集到的各环境温度对应的原始红外图像为其中，Ti k和/>表示i温度下启动红外热像仪自然升温过程中采集到的第k个温度点和第k个温度点对应的原始红外图像，并向所述终端设备传输红外热像仪的原始红外图像、红外热像仪当前的工作环境温度和红外热像仪状态信息，其中，红外热像仪的全部工作温度以预设间隔划分为若干温度段；
所述终端设备用于显示红外图像，控制所述高低温箱和所述电源模块，监控红外热像仪环境温度和所述高低温箱以及所述电源模块的工作状态，同时由得到i温度对应的温度段下的偏置补偿系数Bcorrecti，其中，/> 表示对原始红外图像/>求均值；由每个温度段内的偏置补偿系数构成校正补偿参数表；
所述数据采集模块还用于通过所述终端设备将每个温度段内的校正补偿参数表下传至红外热像仪，以使红外热像仪在工作过程中，读取开机时刻的环境温度T，选择T所在的温度段，记为Ti～Ti+1，调用对应的偏置补偿系数Bcorrecti，后续实时读取红外热像仪的环境温度Ti j，实时红外图像为I，由Icorrect＝I-Bcorrecti*Ti j得到校正结果。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述预设间隔满足预设间隔≤Ti k-Ti 1。
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