基于fpga的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊、基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊、基于偏置矩陣B的二次3σ盲元檢測(cè)模塊、盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊和盲元補(bǔ)償模塊。檢測(cè)方法為：將原始的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，得到兩點(diǎn)參數(shù)矩陣并存入FPGA的內(nèi)部RAM；對(duì)兩點(diǎn)參數(shù)矩陣分別進(jìn)行基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)和基于偏置矩陣B的二次3σ盲元檢測(cè)，并將兩次盲元檢測(cè)的結(jié)果合并得到盲元集合表；調(diào)整檢測(cè)溫度重復(fù)以上步驟得到對(duì)應(yīng)于不同溫度的盲元集合表，將不同溫度對(duì)應(yīng)的盲元集合表進(jìn)行整理合并用于后續(xù)補(bǔ)償。本發(fā)明檢測(cè)效率高、質(zhì)量好，能夠減少檢測(cè)中的漏判盲元。
【專利說(shuō)明】基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紅外圖像增強(qiáng)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲 元檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在紅外焦平面成像系統(tǒng)中，盲元數(shù)是一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，直接決定了紅外焦 平面的品質(zhì)。當(dāng)盲元數(shù)量過(guò)多或者抱團(tuán)，將嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，非常不利于觀測(cè)。
[0003] 在紅外成像系統(tǒng)中廣泛使用的盲元檢測(cè)技術(shù)包括定標(biāo)法、線性外推失效元檢測(cè)法 和3 〇檢測(cè)法，它們都根據(jù)一定的判據(jù)來(lái)決定所指定的像素點(diǎn)是不是盲元：定標(biāo)法根據(jù)紅 夕卜焦平面陣列對(duì)高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹捻憫?yīng)來(lái)檢測(cè)盲元；線性外推失效元檢測(cè)法根據(jù)在一 個(gè)窗口中上下、左右或者斜對(duì)角線的灰度梯度變化作為依據(jù)來(lái)檢測(cè)盲元；3 〇檢測(cè)法以紅 外焦平面陣列像元響應(yīng)值服從正態(tài)分布為前提，根據(jù)概率學(xué)上的3〇法則為基本原理來(lái)檢 測(cè)盲元，但是該方法對(duì)于不同溫度情況沒(méi)有進(jìn)行全面的考慮，當(dāng)紅外焦平面進(jìn)入過(guò)高或過(guò) 低的溫度情況下就可能會(huì)出現(xiàn)新的盲元。綜上所述，目前方法都能夠進(jìn)行有效的盲元檢測(cè)， 但是仍然存在較多不能被忽略的漏判，且存在盲元檢測(cè)效率低、質(zhì)量差、不易實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種效率高、質(zhì)量好的基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元 檢測(cè)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)、節(jié)省資源、處理速度快，并且能夠減少盲元檢測(cè)中的漏 判。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè) 系統(tǒng)，包括兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊、基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊、基于 偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊、盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊和盲元補(bǔ)償模塊；兩點(diǎn)參數(shù) 計(jì)算和存取模塊的輸出端分別接入基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊和基于 偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊，基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊和基 于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊都輸出端均接入盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊，盲元集 合表存儲(chǔ)更新模塊與盲元補(bǔ)償模塊連接；
[0006] 兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊將原始的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，得到兩點(diǎn) 參數(shù)矩陣并存入FPGA的內(nèi)部RAM;基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊讀取內(nèi)部 RAM中存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)， 得到盲元集合表{A};基于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩 點(diǎn)參數(shù)矩陣中的偏置矩陣B，并使用二次3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表{C};然后 將盲元集合表{A}和{C}送入盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊進(jìn)行整理合并后存入內(nèi)部RAM;盲 元補(bǔ)償模塊讀取內(nèi)部RAM的盲元集合表進(jìn)行后續(xù)補(bǔ)償操作。
[0007] -種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，步驟如下：
[0008] 步驟1，兩點(diǎn)參數(shù)解算和存?。杭t外探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)面源黑體之后進(jìn)行熱電信號(hào)的轉(zhuǎn) 換，然后將原始的數(shù)字圖像信號(hào)送入兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，進(jìn)行 多次兩點(diǎn)校正求平均值后，將所得的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣存入FPGA的內(nèi)部RAM;
[0009] 步驟2,基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩 點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表 {A}；
[0010] 步驟3,基于偏置矩陣B的二次3O盲元檢測(cè)模塊讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù) 矩陣中的偏置矩陣B，并使用二次3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表{C};
[0011] 步驟4,將步驟2所得盲元集合表{A}和步驟3所得盲元集合表{C}送入盲元集合 表存儲(chǔ)更新模塊進(jìn)行整理合并，得到最終的盲元集合表{T1}并存入內(nèi)部RAM;
[0012] 步驟5,調(diào)整檢測(cè)溫度段重復(fù)檢測(cè)：改變步驟1中的面源黑體溫度，并重復(fù)步驟 1?4,得到不同溫度段對(duì)應(yīng)的盲元集合表，通過(guò)盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊將不同溫度段的 盲元集合表順次次存入FPGA的內(nèi)部RAM;
[0013] 步驟6,盲元集合表整合：盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊將不同檢測(cè)溫度段的盲元集 合表進(jìn)行整理合并，得到最終的盲元集合表{T}并存入內(nèi)部RAM;
[0014] 步驟7,盲元補(bǔ)償模塊讀取RAM中的最終盲元集合表{T}并進(jìn)行后續(xù)的盲元補(bǔ)償操 作。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)實(shí)時(shí)性好、效率高：在FPGA中使用合 理的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)和并行的處理方式，保證了檢測(cè)效率和實(shí)時(shí)性；（2)判定依據(jù)全面：從灰度 檢測(cè)域轉(zhuǎn)移到了兩點(diǎn)參數(shù)檢測(cè)域，同時(shí)考慮增益參數(shù)矩陣和偏置參數(shù)矩陣，并且對(duì)增益矩 陣增加了滑動(dòng)掩膜窗口的操作，使檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確；（3)多溫度段檢測(cè)提高檢測(cè)準(zhǔn)確率： 將不同溫度情況下的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行整理合并，所得到的盲元集合全面準(zhǔn)確。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法的流程圖。
[0018] 圖3是實(shí)施例1中傳統(tǒng)的3 〇檢測(cè)法和本發(fā)明方法的盲元檢測(cè)效果比較圖，其中 (a)是原始圖像，（b)是采用傳統(tǒng)的3 〇法對(duì)（a)中圖像進(jìn)行盲元檢測(cè)得到的效果圖，（c) 是采用本采用發(fā)明方法對(duì)（a)中圖像進(jìn)行盲元檢測(cè)得到的效果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020] 結(jié)合圖1，本發(fā)明基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)，包括兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算 和存取模塊1、基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊2、基于偏置矩陣B的二次3 〇 盲元檢測(cè)模塊3、盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊4和盲元補(bǔ)償模塊5 ;兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊 1的輸出端分別接入基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊2和基于偏置矩陣B的 二次3 〇盲元檢測(cè)模塊3,基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊2和基于偏置矩陣 B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊3都輸出端均接入盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊4,盲元集合表存儲(chǔ) 更新模塊4與盲元補(bǔ)償模塊5連接；
[0021]兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊1將原始的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，得到兩 點(diǎn)參數(shù)矩陣并存入FPGA的內(nèi)部RAM;基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊2讀取 內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3 〇法則進(jìn)行盲元檢 測(cè)，得到盲元集合表{A};基于偏置矩陣B的二次3〇盲元檢測(cè)模塊3讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ) 的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣中的偏置矩陣B，并使用二次3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表{C}; 然后將盲元集合表{A}和{C}送入盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊4進(jìn)行整理合并后存入內(nèi)部 RAM;盲元補(bǔ)償模塊5讀取內(nèi)部RAM的盲元集合表進(jìn)行后續(xù)補(bǔ)償操作。
[0022] 結(jié)合圖2,本發(fā)明基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，步驟如下：
[0023] 步驟1，兩點(diǎn)參數(shù)解算和存取：紅外探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)面源黑體之后進(jìn)行熱電信號(hào)的轉(zhuǎn) 換，然后將原始的數(shù)字圖像信號(hào)送入兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊1進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，進(jìn) 行多次兩點(diǎn)校正求平均值后，將所得的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣存入FPGA的內(nèi)部RAM。
[0024] 步驟2,基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊2讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩 點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表 {A};具體步驟如下：
[0025] (2. 1)設(shè)定滑動(dòng)掩膜窗口大小為NXN，且N為3?9的奇數(shù)，滑動(dòng)掩膜窗口中心位 置（iQ，jQ)為需要檢測(cè)的像元點(diǎn)，（iQ，jQ)是增益矩陣K中的點(diǎn)，讀取中心位置為（iQ，jQ)的 滑動(dòng)掩膜窗口所在區(qū)域中各像元（i，j)的增益值1?/),然后確定該滑動(dòng)掩膜窗口下所有 像元增益值f0'-./)的均值7和方差5:

【權(quán)利要求】
1. 一種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和 存取模塊（1)、基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊（2)、基于偏置矩陣B的二次 3 〇盲元檢測(cè)模塊（3)、盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊（4)和盲元補(bǔ)償模塊（5);兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和 存取模塊（1)的輸出端分別接入基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊（2)和基于 偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊（3)，基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊 (2)和基于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊（3)都輸出端均接入盲元集合表存儲(chǔ)更新 模塊（4)，盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊（4)與盲元補(bǔ)償模塊（5)連接； 兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊（1)將原始的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，得到兩點(diǎn) 參數(shù)矩陣并存入FPGA的內(nèi)部RAM ;基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊（2)讀取 內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3〇法則進(jìn)行盲元 檢測(cè)，得到盲元集合表{A};基于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊（3)讀取內(nèi)部RAM中 存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣中的偏置矩陣B，并使用二次3 〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表 {C};然后將盲元集合表{A}和{C}送入盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊（4)進(jìn)行整理合并后存入 內(nèi)部RAM ;盲元補(bǔ)償模塊（5)讀取內(nèi)部RAM的盲元集合表進(jìn)行后續(xù)補(bǔ)償操作。
2. -種基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1，兩點(diǎn)參數(shù)解算和存取：紅外探測(cè)器對(duì)準(zhǔn)面源黑體之后進(jìn)行熱電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然 后將原始的數(shù)字圖像信號(hào)送入兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算和存取模塊（1)進(jìn)行兩點(diǎn)參數(shù)的解算，進(jìn)行多 次兩點(diǎn)校正求平均值后，將所得的兩點(diǎn)參數(shù)矩陣存入FPGA的內(nèi)部RAM ; 步驟2,基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)模塊（2)讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩 點(diǎn)參數(shù)矩陣中的增益矩陣K，并使用掩膜滑動(dòng)窗口 3〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表 {A}； 步驟3,基于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)模塊（3)讀取內(nèi)部RAM中存儲(chǔ)的兩點(diǎn)參數(shù) 矩陣中的偏置矩陣B，并使用二次3 〇法則進(jìn)行盲元檢測(cè)，得到盲元集合表{C}; 步驟4,將步驟2所得盲元集合表{Α}和步驟3所得盲元集合表{C}送入盲元集合表存 儲(chǔ)更新模塊（4)進(jìn)行整理合并，得到最終的盲元集合表{Τ1}并存入內(nèi)部RAM; 步驟5,調(diào)整檢測(cè)溫度重復(fù)檢測(cè)：改變步驟1中的面源黑體溫度，并重復(fù)步驟1?4,得 到不同溫度對(duì)應(yīng)的盲元集合表，通過(guò)盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊（4)將不同溫度的盲元集合 表順次次存入FPGA的內(nèi)部RAM ; 步驟6，盲元集合表整合：盲元集合表存儲(chǔ)更新模塊（4 )將不同檢測(cè)溫度的盲元集合表 進(jìn)行整理合并，得到最終的盲元集合表{T}并存入內(nèi)部RAM; 步驟7,盲元補(bǔ)償模塊（5)讀取RAM中的最終盲元集合表{T}并進(jìn)行后續(xù)的盲元補(bǔ)償操 作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，其特征在于，步 驟2所述的基于增益矩陣K的掩膜滑動(dòng)窗口盲元檢測(cè)，具體步驟如下： (2. 1)設(shè)定滑動(dòng)掩膜窗口大小為NXN，且N為3?9的奇數(shù)，滑動(dòng)掩膜窗口中心位置 (i。，j。）為需要檢測(cè)的像元點(diǎn)，（i。，j。）是增益矩陣K中的點(diǎn)，讀取中心位置為（i。，j。）的滑 動(dòng)掩膜窗口所在區(qū)域中各像元（i，j)的增益值然后確定該滑動(dòng)掩膜窗口下所有像 元增益值石，··./)的均值?和方差σ 5
(2.2) 根據(jù)3。法則，若|^(4，./(,卜^)|<35，則（'^像元點(diǎn)為探測(cè)器的正常像元， 若I (石4，Λ)-?)丨>3&，則（iQ，jQ)像元點(diǎn)為探測(cè)器的異常像元即盲元 (3. 2)重復(fù)步驟（2. 1)?（2. 2)，滑動(dòng)掩膜窗口遍歷整幅圖像，得到盲元集合表{A}。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，其特征在于，步 驟3所述基于偏置矩陣B的二次3 〇盲元檢測(cè)的具體步驟如下： (3. 1)確定整個(gè)偏置矩陣B中偏置值B(i，j)均值;和方差設(shè)偏置矩陣B大小為 LXW，則：
(3.2) 根據(jù)3。法則，若|出(1，」）-^>卜3=,則（1，」）像元點(diǎn)為探測(cè)器的異常像元，即 盲兀； (3. 3)將步驟（3. 2)中檢測(cè)到的盲元位置從偏置矩陣B中剔除，得到新的偏置矩陣B'， 再重復(fù)步驟（3.1)，對(duì)偏置矩陣B'進(jìn)行二次3 〇盲元檢測(cè)；
B'（i，j)為剔除盲元后的偏置矩陣，$為矩陣B'（i，j)的平均值，7為矩陣B'（i，j)的 方差；Δ為被剔除的像元點(diǎn)總個(gè)數(shù)；若I -WMcr ,則（i，·?)像元點(diǎn)為探測(cè)器的異 常像元即盲元；將兩次盲元檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行合并，得到盲元集合表{C}。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于FPGA的紅外焦平面陣列盲元檢測(cè)方法，其特征在于，步 驟5所述調(diào)整檢測(cè)溫度重復(fù)檢測(cè)，其中檢測(cè)溫度即步驟1中的面源黑體溫度分別設(shè)為KTC、 30°C 和 50°C。
【文檔編號(hào)】G01J5/10GK104515599SQ201310456821
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】顧國(guó)華, 張橋舟, 陳錢(qián), 隋修寶, 錢(qián)惟賢, 路東明, 何偉基, 于雪蓮 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)