基于场景的红外探测器非均匀性校正方法的分析

红外探测器中的非均匀性校正是红外成像系波器法三种基于场景的非均匀性校正算法,通过利用图像序列并依赖帧间运动对焦平面阵列的非均匀行进行校正,并与两点法比较,分析三种方法的优缺点.     

红外数字TDI成像非均匀性校正

目的 红外数字TDI（time delay integration）先经过信号的模拟数字转换,再进行时间延迟累加,曝光方式比较灵活,能够提高探测系统灵敏度以及探测目标信噪比,在航空航天遥感应用领域具有广泛的应用,红外数字TDI通常采用扫描方式成像,既具有扫描成像的特点,其本身又是一个小面阵,在信息获取上具有扫描和凝视双重特性,在信息处理端,成像非均匀性是限制其成像质量的关键因素,降低输出图像的非均匀性,对开展目标探测、识别等研究和应用具有重要意义。方法 通过分析成像系统的每个部分,建立成像输入输出模型,并讨论模型中各个参数对成像非均匀性的影响,指出优化系统非均匀性的途径;对图像非均匀性校正分为盲元补偿和有效像元的非均匀性校正,对盲元进行邻域像素替代和邻域像素平均的交替迭代补偿提高了盲元的补偿率,对有效像元分析了所有像元的响应特性,选择了曲线拟合的目标校正曲线对系统灰度输出与输入能量之间的非线性进行校正,并引入校正因子对非扫描方向上的非均匀性进一步校正。结果 使用上海技术物理研究所研制的640×8中波红外数字TDI探测器进行了黑体定标验证,结果表明,在特定温度下的黑体成像经过校正后的非均匀性由19.44%下降到4.01%,外场实验获得的红外TDI图像上的横条纹明显减少和弱化。结论 通过分析对目标场景成像从光信号到电信号的整个链路,得到影响成像非均匀性的具体参数,对红外数字TDI成像系统设计具有一定参考意义;使用本文方法对红外数字TDI成像进行了盲元补偿和非均匀性校正,成像非均匀性显著下降,验证了该方法的有效性。     

基于缓变场景的复杂神经网络非均匀性校正

针对遥感数据定量化应用对多元红外探测器非均匀性校正的高精度需求,提出了一种基于缓变场景的复杂神经网络非均匀性校正算法,在两点校正基础上,进一步降低图像非均匀性。与经典BP神经网络非均匀性校正及其改进算法相比,复杂神经网络非均匀性校正算法突破单一层学习神经元结构限制,采用双层学习神经元结构,第一层学习神经元采用大邻域中值滤波作为期望函数,第二层学习神经元采用小邻域均值滤波作为期望函数,通过多层学习神经元配合,兼顾非均匀性校正效果并避免图像边缘模糊。经实拍红外图像非均匀性校正实验证明,复杂神经网络校正与经典BP神经网络校正相比,取得了更好的非均匀性校正效果,非均匀性评价结果UN=0.75%,次优算法非均匀性评价结果为UN=0.77%,与次优算法相比,复杂神经网络校正算法有更高的像素平均梯度评价值,达到28.49,而次优算法只有28.30,非均匀性评价结果低并且像素平均梯度高说明复杂神经网络校正算法在降低图像非均匀性同时更好地避免了图像边缘模糊：这是复杂神经网络校正算法采用双层学习神经元的特点与优势。方法改善了多元红外探测器非均匀性校正的效果,提高了红外遥感图像的质量,促进了红外遥感的应用。     

非制冷红外探测器非均匀性的校正方法

两点温度定标校正算法是非制冷红外探测器的有效的非均匀性校正技术。根据焦平面特性和两点算法,提出一种采用两级存储结构的现场可编程门阵列实现途径:流水运算,采用分级存储校正系数和并行结构运算部件。仿真和试验证明:这种方法具有高速、系数存储大容量、可扩展的特点,适合于大阵列非制冷红外焦平面的实时校正。     

基于DSP红外图像非均匀校正设计

由于红外焦平面探测器各点的响应度不一致,需要对红外图像进行非均匀校正。目前许多红外成像设备非均匀校正均通过后台PC机完成,需要专门设计与PC机的接口,提高了成本,而且不利于脱机运行。系统使用红外图像处理板自身的DSP完成非均匀校正系数的计算,设计简洁,操作方便,取得了理想的效果。文中分析了两点校正的原理,介绍了实现方法,对其中涉及的关键技术进行了详细描述。     

基于DSP的红外图像非均匀性校正技术的研究

分析了导致红外成像系统非均匀性的机理,介绍了红外焦平面阵列非均匀性校正的基本方法。采用两点校正和积分时间校正相结合的方法,利用TMS320VC5509A DSP完成了对红外图像的非均匀性实时校正。实验结果表明,本系统具有实时性好,实用性强的特点,能够满足红外焦平面成像系统的要求。     

单片FPGA的小型非制冷红外机芯设计

针对传统的基于数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)的非制冷红外机芯平台存在体积大、功耗大、实时性差、系统集成度低等不足,提出了一种基于单片FPGA的小型化非制冷红外机芯平台设计.针对25μm非制冷红外探测器,为满足小型化、低功耗要求,平台在采用先进的FPGA处理器和DDR3存储器技术的同时,将硬件逻辑算法与NIOS Ⅱ软核相结合,完成对红外探测器的时序驱动、温度控制、图像的非均匀性处理、图像增强以及各种人机接口控制.实验结果表明:该系统成像质量较高,系统功耗小于2W,系统延时小于0.5ms,系统具有较强的可拓展性.     

单帧红外图像低频非均匀性噪声校正算法

红外成像系统中,低频非均匀性噪声严重影响红外系统的成像效果,传统基于标定的方法无法对其进行有效的去除.为此,提出一种基于曲面拟合的低频非均匀性噪声校正算法,首先对含噪图像进行小波滤波,以抑制高频信息;然后利用场景和低频非均匀性噪声梯度的稀疏特性,建立关于非均匀性噪声曲面参数的■正则化能量泛函,并利用ADMM方法求解最优的非均匀性噪声曲面参数;最后将原始图像减去估计的低频非均匀性噪声得到校正后的图像.使用中波红外热像仪拍摄得到红外图像,对仿真图像和实际图像进行校正,实验结果表明,该算法能明显降低图像的粗糙度和非均匀性值,且有效地去除低频非均匀性噪声.     

基于长线列探测器的图像非均匀性研究与校正

基于长线列图像探测器的成像系统,其图像的非均匀性往往制约着系统成像的质量.结合线列图像探测器的结构特点,分析了线列图像的非均匀性产生原因,并在此基础上分析了多点校正算法,并提出一种基于图像轮廓提取的图像平滑算法.通过对比处理前后的结果,采用图像轮廓提取的图像平滑算法,在保证图像细节的基础上,能够提高图像的均匀性.     

一种红外焦平面阵列探测器的新型非均匀性校正电路

非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)读出电路由于工艺制造或受环境条件的影响在正常运行时会产生非均匀性。针对传统电路存在的非均匀性问题,设计了基于12μm像元的非均匀性校正电路,该新型非均匀校正电路采用共源共栅电流镜产生电流,并且通过调节比例电流支路输出不同比例的电流,加入放大器负反馈结构提高电流精度,对像元阵列产生的非均匀性进行补偿。在TSMC 0.18μm工艺条件下进行仿真测试,新型校正电路进行校正之后,校正电流为368 nA。积分电流为44.24 nA,积分电路(CTIA)输出电压为3.81 V,积分时间缩短为255.43 ns,在不同的温度条件下,非均匀性问题降为3%以下,输出电压更稳定,满足设计条件。     

基于DSP的红外焦平面阵列实时非均匀性校正技术

针对红外焦平面阵列在进行非均匀性校正中所涉及的运算量和数据量庞大、实时处理难于实现的特点,采用TMS320C6000系列DSP两路数据通道的优势,输入输出数据采用不同的数据通道并行传输,利用EDMA传输方式无需CPU介入,充分利用DSP硬件的并行性和流水线进行非均匀性校正,以分段线性插值算法为例,详细阐述了硬件设计和实现步骤,并给出仿真结果,结果表明:基于DSP的实时非均匀性校正系统完全可以达到实时校正的要求.     

一种高帧频CMOS图像的非均匀性校正系统

针对高帧频CMOS相机图像的不均匀性,分析了产生图像不均匀性的原因,在此基础上设计了一种对图像的非均匀性校正系统。该系统采用了两点加一点的图像非均匀性校正改进算法,运用该算法对图像的非均匀性进行了处理;描述了该校正系统的实现模块包括软件模块与硬件模块。实验结果表明：该系统对处理图像的非均匀性有很好的效果,处理后的图像显得比较平滑,清晰度得到了很大的提高。     

CCD亚像素细分中的像素响应不均匀性补偿技术

从理论上分析了像素响应不均匀性对CCD亚像素细分的影响,以及CCD暗电流和光电响应不均匀性产生的原因.根据光电响应模型提出了CCD像素光电响应不均匀性的校正方法,推导出了像素光电响应不均匀性的校正系数的计算方法,并给出了校正性能评价方法.针对实际校正中干扰光的影响,提出了采用变波长去除干扰方法,用以对校正方法进一步修正和加强校正的稳定性.研究表明,能量和噪声的变化对提出的校正方法影响小,校正过程不受信号分布形式的影响,校正量对信号能量变化具有自适应性.仿真和实验结果验证了校正方法和校正系数算法的正确性和可行性,表明校正方法可以有效地提高亚像素细分的准确性和稳定性.     

一种红外成像检测系统设计

红外成像系统的性能检测是产品质量的重要保证,本文介绍了一种红外成像系统的检测设备的设计,通过设计一定特征的红外目标图像,检测红外成像系统的成像功能,同时检测红外成像系统的分辨率、成像坏元等关键性指标,通过检测系统控制设计保证检测系统输出的红外图像的温度阈值范围和质量满足被测对象的要求,并能够提供可设置的图像,实现了对红外成像系统的功能和性能检测。检测系统温度分辨率不大于0.2度,图像相对畸变2%,目标运动精度不大于0.05度,光能分布不均匀度不大于10%,视场角不小于8度。     

一种基于改进的形态学红外图像边缘检测算法

针对红外图像边缘模糊和非均匀性噪声强的特点,提出了一种阈值分割与形态学相结合来提取红外图像特征的方法,对红外图像进行边缘提取。仿真实验结果表明：该方法能够清晰、有效的提取红外图像的边缘,改善图像质量,是一种有效的边缘检测方法,具有较好的实用性。     

红外凝视成像系统中的CDS噪声抑制技术

固定图案噪声是红外焦平面阵列的一种固有噪声,该噪声在低温场景尤其突出,影响了探测器的成像质量。基于探测器读出电路结构,理论分析了相关双取样电路（CDS）对焦平面阵列非均匀性的影响,并通过数据仿真给出了CDS噪声的空间和时间分布特征。针对CDS噪声特征,提出将迭代原理和黑体定标校正相结合的噪声滤波算法。实验结果表明,算法有效抑制了CDS电路噪声,提高了非均匀性校正的精度,具有较强的实用价值。     

大视场短焦距成像系统的快速校正

实际光学镜头所成的图像一般存在有几何变形,尤其是在大视场短焦距成像系统中,给图像的后续处理带来诸多问题.在以径向畸变为主的几何畸变模型基础上,提出了一种简单精确的图像校正方法.实验证明该方法是图像几何修正的有效方法,具有良好的工程应用价值.