一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及紅外圖像的非均勻性校正領(lǐng)域，具體涉及一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間 的非均勻性校正方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在紅外成像領(lǐng)域中，紅外焦平面陣列已成為紅外成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。但由于制 造工藝的限制，紅外焦平面陣列存在大量非均勻性而且成像的動(dòng)態(tài)范圍小。動(dòng)態(tài)范圍表征 了紅外系統(tǒng)可探測(cè)紅外輻射大小的范圍，在較寬的動(dòng)態(tài)范圍下，可以獲得更多的目標(biāo)信息， 有利于對(duì)目標(biāo)的分析和識(shí)別。
[0003] 目前紅外焦平面陣列成像系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的加寬主要是通過(guò)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是隨著積分時(shí)間的改變非均勻性又會(huì)重新產(chǎn)生，校正參量將不再適用。因此， 在紅外成像系統(tǒng)非均勻性校正的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)積分時(shí)間調(diào)節(jié)同時(shí)又不影響校正 后的圖像質(zhì)量，對(duì)工程應(yīng)用有重要的意義。紅外圖像的非均勻性即為各個(gè)像元在均勻光照 下，探測(cè)器具有光響應(yīng)非均勻性（PRNU)，它主要與器件的制造工藝有關(guān)，由于近紅外光在硅 中的穿透力很強(qiáng)，探測(cè)器的光響應(yīng)非均勻性還受到襯底材料的非均勻性影響。探測(cè)器的光 譜響應(yīng)非均勻性沒(méi)有一定的規(guī)律可循，它因器件而異，具有較大的隨機(jī)性。所以，對(duì)于弱信 號(hào)的應(yīng)用，需要進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量，然后加以補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)均勻的響應(yīng)。
[0004] 積分時(shí)間是指紅外焦平面成像系統(tǒng)探測(cè)器像元積累輻射信號(hào)產(chǎn)生電荷的時(shí)間。紅 外焦平面陣列，由于其制造工藝的差異，系統(tǒng)的輸出電壓、響應(yīng)率、噪音和比探測(cè)率等性能 參量都與積分時(shí)間有關(guān)，致使各探測(cè)單元的輸出對(duì)積分時(shí)間的改變比較敏感。當(dāng)積分時(shí)間 過(guò)小時(shí)，幾乎無(wú)法觀測(cè)到目標(biāo)；當(dāng)積分時(shí)間不斷加大，輸出也不斷增強(qiáng)時(shí)，目標(biāo)會(huì)逐漸清晰； 當(dāng)積分時(shí)間過(guò)大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。因此，根據(jù)不同目標(biāo)的輻射強(qiáng)度，選擇合適的積分 時(shí)間是非常重要的，否則會(huì)嚴(yán)重影響獲得圖像的效果；因?yàn)榻蛊矫嫣綔y(cè)器的響應(yīng)與積分時(shí) 間成線性正比關(guān)系，所以，在正常工作的范圍內(nèi)，積分時(shí)間的大小并不影響焦平面探測(cè)器響 應(yīng)的非均勻性。但是，器件噪音實(shí)際上包含了探測(cè)器噪音、固定圖案噪音和讀出電路噪音等 隨機(jī)噪音，在不同積分時(shí)間下的非均勻性也會(huì)不同，所以同一組校正參量將不再不適用。
[0005] 現(xiàn)有的非均勻性校正方法有兩點(diǎn)矯正法、恒定統(tǒng)計(jì)矯正法、時(shí)域高通濾波器法和 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。兩點(diǎn)校正法假定探測(cè)元的響應(yīng)特性在所感興趣的溫度范圍內(nèi)是線性 的，實(shí)際情況并非如此，所以兩點(diǎn)矯正法存在一定的缺陷。時(shí)域高通濾波器法抑制了低頻 噪聲對(duì)圖像的非均勻性的影響，克服了基于參照元校正存儲(chǔ)量大的問(wèn)題，但也要求探測(cè)器 響應(yīng)率有較好的線性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是讓每一個(gè)神經(jīng)元連接一個(gè)陣列元，再設(shè)計(jì)一個(gè)隱 含層，它的每一個(gè)神經(jīng)元就像水平細(xì)胞元那樣與鄰近的幾個(gè)陣列元連接起來(lái)，得到它們的 平均輸出值反饋到它的上層神經(jīng)元去計(jì)算非均勻性，采用最陡下降法依據(jù)實(shí)際景象逐幀迭 代，直至達(dá)到最佳狀態(tài)，該方法對(duì)探測(cè)器參數(shù)的線性和穩(wěn)定性要求不高，但研究工作量大， 應(yīng)用時(shí)計(jì)算量大，需要特殊并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正方法，通過(guò)自 適應(yīng)改變探測(cè)器的積分時(shí)間來(lái)獲得最佳的非均勻性校正效果。
[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正 方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :紅外探測(cè)器采集不同積分時(shí)間下的目標(biāo)場(chǎng)景作為背景圖像，并將不同積 分時(shí)間下的背景圖像分別用flash存儲(chǔ)起來(lái)。
[0009] 步驟2:計(jì)算不同積分時(shí)間下的背景圖像的行投影向量和列投影向量，并將上述 不同積分時(shí)間下的背景圖像的行投影向量用SRAMl存儲(chǔ)，列投影向量用SRAM2存儲(chǔ)，并建立 一個(gè)積分時(shí)間與行投影向量和列投影向量之間相對(duì)應(yīng)的查找表。
[0010] 步驟3 :紅外探測(cè)器再次采集目標(biāo)場(chǎng)景，首先對(duì)拍攝的目標(biāo)場(chǎng)景圖像求取行投影 向量和列投影向量，并將其分別存儲(chǔ)在SRAM3和SRAM4中；然后對(duì)存儲(chǔ)在SRAM3中的行投影 向量與存儲(chǔ)在SRAMl中的所有背景圖像的行投影向量做相關(guān)運(yùn)算，對(duì)存儲(chǔ)在SRAM4中的列 投影向量與存儲(chǔ)在SRAM2中的所有背景圖像的列投影向量做相關(guān)運(yùn)算，根據(jù)相關(guān)運(yùn)算的結(jié) 果，通過(guò)查找步驟2中的查找表就能得出與該目標(biāo)場(chǎng)景圖像最相關(guān)的背景圖像。
[0011] 步驟4 :根據(jù)步驟3中最相關(guān)背景圖像對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間，驅(qū)動(dòng)紅外探測(cè)器重新拍攝 目標(biāo)場(chǎng)景。
[0012] 步驟5 :對(duì)重新拍攝的目標(biāo)場(chǎng)景圖像采用基于幀間配準(zhǔn)誤差最小化的非均勻性校 正算法做非均勻性校正，更新非均勻性校正參數(shù)，得到校正后的場(chǎng)景圖像。
[0013] 上述步驟1中所述的將不同積分時(shí)間下的背景圖像分別用flash存儲(chǔ)起來(lái)，積分 時(shí)間分別為Ims~20ms,每次增加 lms，求得5~50個(gè)積分條件下的背景圖像。
[0014] 上述步驟2中的計(jì)算不同積分時(shí)間下的背景圖像的行投影向量I⑴和列投影向 量I (j)，其中M與N代表背景圖像的大小，M為背景圖像的行數(shù)，N為背景圖像的列數(shù)，M、N 均為自然數(shù)，公式如下：
[0015]
[0016]
[0017] v(i，j，k)表示目標(biāo)場(chǎng)景圖像；
g示行方向的均值；
良示列方向的均值；k表示時(shí)間。
[0018] 對(duì)拍攝的目標(biāo)場(chǎng)景圖像求取行投影向量和列投影向量方法與步驟2中的計(jì)算不 同積分時(shí)間下的背景圖像的行投影向量I(i)和列投影向量I(j)的方法相同，然后對(duì)存 儲(chǔ)在SRAM3中的行投影向量與存儲(chǔ)在SRAMl中的所有背景圖像的行投影向量做相關(guān)運(yùn)算， 對(duì)存儲(chǔ)在SRAM4中的列投影向量與存儲(chǔ)在SRAM2中的所有背景圖像的列投影向量做相關(guān) 運(yùn)算，相關(guān)運(yùn)算的計(jì)算公式如下，其中行方向的互相關(guān)矩陣Arr ra^P列方向的互相關(guān)矩陣 Arrtxil分別為：
[0019]
[0020]
[0021] 將拍攝場(chǎng)景圖像記為C，背景圖像記為R，公式（3)中的Rraw為背景圖像的行方向 的投影向量、Crow當(dāng)拍攝場(chǎng)景圖像的行方向的投影向量；公式（4)中的Rral為背景圖像的列 方向的投影向量、Cral當(dāng)拍攝場(chǎng)景圖像的列方向的投影向量；δ raw為拍攝場(chǎng)景圖像的行向量 位移偏量的常數(shù)，取值范圍為（〇, 40)，δ 為拍攝場(chǎng)景圖像的列向量位移偏量的常數(shù)，取值 范圍為（〇, 40)。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)在對(duì)圖像做配準(zhǔn)運(yùn)算之前，先調(diào)整探 測(cè)器到最佳的積分時(shí)間，即探測(cè)器有最佳的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍，探測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確；(2)處于最 佳積分條件下獲得的圖像的配準(zhǔn)精度更高，因此圖像的非均勻校正效果更好；（3)采用了 一種新的基于全時(shí)域的投影算子來(lái)計(jì)算行列投影向量，大大降低了算法的運(yùn)算量，算法易 于硬件實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正方法的系統(tǒng)流程圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明的一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正方法的處理效果對(duì) 比示意圖，其中圖（a)為輸入的原始含非均勻性的圖像，圖（b)為對(duì)原始含非均勻性的圖像 利用本發(fā)明方法處理后的效果圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明的一種基于場(chǎng)景的變積分時(shí)間的非均勻性校正方法的處理效果與 原始的非均勻校正方法的處理效果對(duì)比示意圖，其中圖（a)為本發(fā)明方法的