CN117835082A - 一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质，矫正方法包括：标定暗场环境下传感器标定参数；分通道进行暗场矫正，计算平场像素块矫正参数；采用插值法获取平场像素点矫正参数；计算实际场景下的平场矫正参数；矫正系统包括：暗场采集模块，暗场矫正模块，块矫正模块，点矫正模块，介质包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述矫正方法。本发明能够有效解决暗电流影响而使图像出现不均匀性的问题，避免不同通道的响应不一致性导致的平场矫正后的偏色问题，能够在减少资源量的情况下尽可能提高矫正效果，尤其适用于资源受限的FPGA平台，有效解决由于光源波段的变化导致图像传感器响应不一致的问题。

Description

一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质

技术领域

本发明属于图像处理领域，尤其涉及一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质。

背景技术

现有成像技术中，成像镜头和照明会造成图像的不均匀，影响成像结果。同时，当相机自身存在固定模式噪声或者光响应不均匀时，所采集的图像也会出现不均匀。理想情况下，当相机对亮度均匀的目标成像时，得到图像中所有像素点的灰度值理论上应该是均匀的，然而，实际上图像中的各个像素点的灰度值往往有较大差异，呈现出中间亮度高而边缘亮度低的情况，且这种亮度差异有时候比较大。在图像传感器采集图像的过程中，由于图像传感器对光源波段响应、色彩串扰、工艺，以及设计等原因，因此灰度图中每个像元的响应会存在不一致的问题。在图像传感器采集均匀物体后生成的图像中多个像元的灰度值存在不一致的现象，例如垂直条纹，水平条纹，区域性的灰度不一致等现象。在智能制造等工业视觉领域中，同一图像中多个像元的灰度值不一致的现象会严重影响计算结果的准确性。

因此本发明为了保证成像结果的准确性，提供了一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法、系统及介质。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，包括：

标定暗场环境下传感器标定参数；

分通道进行暗场矫正，计算平场像素块矫正参数；

采用插值法获取平场像素点矫正参数；

计算实际场景下的平场矫正参数。

进一步地，标定暗场环境下传感器标定参数包括：

构建暗场灰度值与曝光时间、传感器温度的映射关系；

拍摄不同曝光时间、传感器温度下的暗场图像；

拟合暗场图像，计算映射关系中待标定变量。

进一步地，分通道进行暗场矫正包括：

采集曝光时间、传感器温度以及当前通道光响应灰度值；

获取对应暗场灰度值；

计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据。

进一步地，计算平场像素块矫正参数包括：

分析分辨率信息，分割成若干像素块；

采集像素块对应的亮场矫正数据，确定像素块均值；

采集矫正目标值，计算像素块矫正系数。

进一步地，获取平场像素点矫正参数包括：

将当前像素块从中心等分为四个象限；

根据像素点的从属象限选择参与运算的像素块矫正系数；

采用插值法计算获得像素点矫正系数。

进一步地，插值法采用双三次插值法。

进一步地，计算实际场景下的平场矫正参数包括：

分别设置各光源，获取各光源对应的第一平场矫正系数；

采集各光源对应的加权系数，获得实际作用的第二平场矫正系数。

本发明还提供一种环境温度自适应的多波段平场矫正系统，包括：

暗场采集模块，用于对曝光时间、传感器温度进行采集，并发送至暗场矫正模块；

暗场矫正模块，用于计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据；

块矫正模块，用于提取亮场矫正数据，并计算像素块矫正系数；

点矫正模块，用于采用插值法计算像素点矫正系数。

进一步地，还包括光源确认模块，用于获取各光源的加权系数。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述矫正方法。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过对暗场环境下的传感器标定，能够有效解决由于环境温度和曝光时间导致的暗电流积累而使图像出现不均匀性的问题，避免在长曝光和高温情况下，暗电流积攒较快，导致平场矫正效果不良，可以有效去除温度和曝光时间对暗电流的影响；

（2）本发明充分考虑到相机各通道对相同光源的响应度具有不一致性，通过分通道去除暗场影响并计算矫正系数，能够有效避免不同通道的响应不一致性导致的平场矫正后的偏色问题；

（3）本发明通过双三次插值算法的使用，无须进行逐点矫正，能够在减少资源量的情况下尽可能提高矫正效果，尤其适用于资源受限的FPGA平台；

（4）本发明充分考虑到不同波段情况下像素响应不一致性，通过结合加权系数对实际作用下的平场矫正参数计算，能够有效解决现有技术中由于光源波段的变化导致图像传感器响应不一致的问题；

（5）本发明能够根据现场条件快速获得平场矫正系数，能够有效解决各种因素导致的图像质量问题，保证成像结果的准确性，避免影响后续缺陷检测结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明中的矫正方法流程图；

图2是本发明中的像素块分割和象限分割示意图；

图3是本发明中的矫正系统结构框图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例首先提供一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，该方法具体可以包括以下步骤：

步骤一：标定暗场环境下传感器标定参数；由于环境温度和曝光时间导致的暗电流积累，会使图像出现不均匀性的问题，尤其是在长曝光和高温情况下，暗电流积攒较快，导致平场矫正效果不良，因此通过对暗场环境下传感器各标定参数的标定，可以有效去除温度和曝光时间对暗电流的影响。

步骤二：分通道进行暗场矫正，计算平场像素块矫正参数；由于相机各通道对相同光源的响应度具有不一致性，使用相同的平场矫正系数可能会导致偏色问题，因此可以分别对每个通道进行单独矫正，每个通道去除暗电流影响实现暗场矫正，然后得到各通道下的像素块均值，从而能够得到像素块矫正系数。

步骤三：采用插值法获取平场像素点矫正参数。

由于面阵相机的分辨率比较高，如果直接对所有像素点运算得到矫正系数，则需要维持一个与分辨率大小相同的数组，存储资源消耗过大，尤其是针对资源受限的FPGA平台，因此采用基于像素块的运算方式，可以有效降低算法对存储资源的消耗，减少了存储资源的同时保证了矫正效果。

步骤四：计算实际场景下的平场矫正参数；上述方法仅适用于特定光谱光源情况下，当光源光谱改变后会导致平场矫正效果变差，因此在实际使用时会将相机置于均匀光源前，对于每个像素按照步骤二和步骤三分别得到三种光谱下的平场矫正系数，即可得到实际作用的平场矫正系数，实际成像应用时，只需要将传感器实际检测到的像素点光响应灰度值经过暗场矫正后乘以实际作用的平场矫正系数即可得到目标成像。

作为优选实施例，步骤一中标定暗场环境下传感器标定参数具体可以包括以下步骤：

S101：对于每个像素点，其暗电流水平基本和曝光时间呈现线性变化，和传感器温 度呈现指数变化，因此可以构建暗场灰度值与曝光时间、传感器温度的映射关系，具体公式 表示如下：

式子中A/B/C/D是待标定变量，Pixel_dark是暗场像素点灰度值，t_exp是曝光时间，TEMP是传感器温度。

S102：拍摄不同曝光时间、传感器温度下的暗场图像。

S103：拟合暗场图像，计算映射关系中待标定变量A/B/C/D，其中，自变量为曝光时间和传感器温度，因变量为暗场像素点灰度值，可以直接读取，拟合成功后即可得到上述映射关系的变化关系。

作为优选实施例，步骤二中分通道进行暗场矫正具体可以包括以下步骤：

S201：采集曝光时间、传感器温度以及当前通道光响应灰度值。

S202：获取对应暗场灰度值。

S203：计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据。

不同通道的响应对于光源响应具有不一致性，所以需要分通道计算平场矫正系数。具体而言，可以将图像根据RGGB划分为4个通道。通过步骤S101-S103的标定结果已经可以得到暗场像素点灰度值与曝光时间、传感器温度的映射关系，因此通过相机统计此时的曝光时间和传感器温度，即可获取对应暗场灰度值，然后通过已经采集的当前通道光响应灰度值减去所获取的对应暗场灰度值，得到当前通道各像素点的亮场矫正数据，即像素点暗场矫正后的光响应灰度值。

作为优选实施例，步骤二中计算平场像素块矫正参数可以包括以下步骤：

S204：分析分辨率信息，分割成若干像素块；根据分辨率数据，可以将采集到的图像信息分割成若干矩阵，每个矩阵对应一个N×N的基本块，即像素块，N取值是2的整数倍，可以为4/8/16/32/64。

S205：采集像素块对应的亮场矫正数据，确定像素块均值；根据步骤S203的计算结果可以得到像素块中每个像素点暗场矫正后的光响应灰度值，从而可以计算出像素块均值。

S206：采集矫正目标值，计算像素块矫正系数Block_FFC_Coef[yi][xi]，具体计算公式如下：

Block_FFC_Coef[yi][xi] = value_all_image/value_yixi

其中，value_all_image为整个图像均值（或矫正目标值），value_yixi为像素块均值。

在光电成像系统中，为保证图像输出质量，一般都需要对采集得到的原始图像进行平场矫正（FFC）算法进行修正，以使其达到应用要求，而FFC矫正算法需要对每个像素点进行运算，对于高分辨率的应用场合已经无法满足要求。例如本方案中N取值16即以16×16的像素块作为基本块时，资源消耗仅为传统FFC矫正算法下的0.39%，可以根据需要增大N值来降低对资源的需求，但随着基本块的增大，虽然消耗资源越少，算法效果也会相对越不理想，因此实际使用时需要根据应用场合进行取舍。

作为优选实施例，步骤三中获取平场像素点矫正参数具体可以包括以下步骤：

S301：将当前像素块从中心等分为四个象限；

S302：根据像素点的从属象限选择参与运算的像素块矫正系数；

S303：采用插值法计算获得像素点矫正系数。

通过上述步骤获得各像素块对应的矫正系数，对于具体像素点的矫正系数可以通过当前像素块和相邻像素块的块矫正系数以及对应像素点坐标通过双三次插值法计算得到像素点矫正系数；对于每个通道的像素点参与运算的16个平场矫正数据应来自最近的16个像素块，可将当前像素块从中心等分为4个象限，根据当前像素点从属象限选择参与运算的像素块矫正系数，然后根据当前像素点对应位置采用双三次插值法获取单个像素点的平场矫正系数，如图2所示，图中黑色像素为当前像素点，处于当前像素块的左上角象限内，结合其他16个像素点对应的像素块矫正系数，按照双三次插值法即可求得当前像素点的平场矫正系数；相对于双线性插值法，双三次插值法能够获得更加平滑的图像信息，精准度也更高。

作为优选实施例，步骤四中计算实际场景下的平场矫正参数具体可以包括以下步骤：

S401：分别设置各光源，获取各光源对应的第一平场矫正系数；

S402：采集各光源对应的加权系数，获得实际作用的第二平场矫正系数。

将相机置于均匀光源前，分别设置光源亮度红/蓝/绿三色，对于每个像素点按照 步骤二和步骤三分别得到三种光谱下的平场矫正系数，Block_FFC_Coef_Red/Green/Blue， 即第一平场矫正系数，最后实际作用的平场矫正系数由三个系数加权而得，即第二平场矫 正系数Block_FFC_Coef，加权公式如下式所示，式中的会根据实际场景情况进行 调整。

对于不同波段情况下像素点响应存在不一致性，因此基于步骤四中的多波段平场矫正方法有效解决了不同波段的响应不一致性。

如图3所示，本发明第二方面还提供一种环境温度自适应的多波段平场矫正系统，包括：

暗场采集模块，用于对曝光时间、传感器温度进行采集，并发送至暗场矫正模块；

暗场矫正模块，用于计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据；

块矫正模块，用于提取亮场矫正数据，并计算像素块矫正系数；结合亮场矫正数据可以得到像素块中每个像素点暗场矫正后的光响应灰度值，从而可以计算出像素块均值，然后通过矫正目标值除以像素块均值，即可得到像素块矫正系数；

点矫正模块，用于采用插值法计算像素点矫正系数，结合像素块矫正系数可以通过双三次插值法求得像素点矫正系数。

作为平场矫正系统的优选实施例，该系统还可以包括光源确认模块，用于获取各光源的加权系数，根据各光源的加权系数结合加权公式即可得出各像素点实际作用的平场矫正系数。

本发明第三方面还提供一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述矫正方法。

在实际应用中，计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网（LAN）或广域网（WAN)—连接到用户计算机或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”“示例”“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，包括：

标定暗场环境下传感器标定参数；

分通道进行暗场矫正，计算平场像素块矫正参数；

采用插值法获取平场像素点矫正参数；

计算实际场景下的平场矫正参数。

2.根据权利要求1所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，标定暗场环境下传感器标定参数包括：

构建暗场灰度值与曝光时间、传感器温度的映射关系；

拍摄不同曝光时间、传感器温度下的暗场图像；

拟合暗场图像，计算映射关系中待标定变量。

3.根据权利要求1所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，分通道进行暗场矫正包括：

采集曝光时间、传感器温度以及当前通道光响应灰度值；

获取对应暗场灰度值；

计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据。

4.根据权利要求3所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，计算平场像素块矫正参数包括：

分析分辨率信息，分割成若干像素块；

采集像素块对应的亮场矫正数据，确定像素块均值；

采集矫正目标值，计算像素块矫正系数。

5.根据权利要求4所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，获取平场像素点矫正参数包括：

将当前像素块从中心等分为四个象限；

根据像素点的从属象限选择参与运算的像素块矫正系数；

采用插值法计算获得像素点矫正系数。

6.根据权利要求5所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，插值法采用双三次插值法。

7.根据权利要求1所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正方法，其特征在于，计算实际场景下的平场矫正参数包括：

分别设置各光源，获取各光源对应的第一平场矫正系数；

采集各光源对应的加权系数，获得实际作用的第二平场矫正系数。

8.一种环境温度自适应的多波段平场矫正系统，其特征在于，包括：

暗场采集模块，用于对曝光时间、传感器温度进行采集，并发送至暗场矫正模块；

暗场矫正模块，用于计算当前通道光响应灰度值与对应暗场灰度值的差值，得到亮场矫正数据；

块矫正模块，用于提取亮场矫正数据，并计算像素块矫正系数；

点矫正模块，用于采用插值法计算像素点矫正系数。

9.根据权利要求8所述的一种环境温度自适应的多波段平场矫正系统，其特征在于，还包括光源确认模块，用于获取各光源的加权系数。

10.一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的矫正方法。