專利名稱:一種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊，首先利用探測器采集低溫黑體圖像和高溫黑體圖像，經(jīng)兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊接收后進行加權(quán)平均運算，運算結(jié)果存入串行FLASH，完成定標；校正時先從串行FLASH中讀出定標圖像存入外部存儲器，待有效數(shù)據(jù)到來后實時計算校正參數(shù)，同時標志出壞元位置，完成校正和壞元替代。本實用新型在定標時引入多幀加權(quán)平均，提高了定標的準確性；引入外部存儲器仲裁控制，把定標、校正和FLASH操作綜合在一起，算法高度模塊化，提高了可移植性；在校正的同時定位壞元，完成了壞元替代。
【專利說明】-種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于紅外熱成像系統(tǒng)的非均勻性校正領(lǐng)域，特別是一種兩點校正紅外 熱像儀的非均勻性的模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，紅外探測器件的元數(shù)不斷增加，由單元發(fā)展到線列，由線列發(fā) 展到焦平面陣列（FPA)。紅外焦平面陣列探測器的出現(xiàn)，是紅外成像史上一個劃時代的革 命，它大幅提高了紅外成像系統(tǒng)的靈敏度和可靠性。作為現(xiàn)代紅外系統(tǒng)和熱成像系統(tǒng)的關(guān) 鍵部件，凝視型紅外焦平面陣列（IRFPA)器件成本低廉，體積小，無需制冷，目前已在軍事 (紅外跟蹤、預(yù)警、制導(dǎo)）、醫(yī)療、安全等方面得到廣泛應(yīng)用，用它構(gòu)成的紅外成像系統(tǒng)較傳 統(tǒng)的光機掃描紅外成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、靈敏度高、噪聲等效溫差（NETD)小 等優(yōu)點。
[0003] 然而，受紅外探測器材料和工藝方面的影響，紅外焦平面陣列的非均勻性問題成 為長期W來制約其應(yīng)用的根本問題。一般意義上的非均勻性是指紅外焦平面陣列在同一 均勻福射下由于探測器各像元的紅外響應(yīng)度不一致導(dǎo)致其視頻輸出幅度不同，造成像質(zhì)降 低，又稱空間噪聲；更進一步意義上的非均勻性還包括由焦平面陣列所處環(huán)境的溫度變化、 電荷傳輸效率、1/f噪聲（電流噪聲）、無效探測元（壞元）W及紅外光學系統(tǒng)等諸多因素 所造成的成像質(zhì)量的下降。該種固定的圖像噪聲，使紅外成像系統(tǒng)的溫度分辨率下降，圖像 質(zhì)量受到嚴重影響。因此，必須對紅外焦平面陣列進行非均勻性校正。
[0004] 目前普遍采用后期算法處理來補償空間非均勻性?？偲饋碚f，可朗尋該些技術(shù)分 為二大類，即基于定標和基于場景的非均勻性校正技術(shù)。最初開發(fā)使用的是基于定標的非 均勻性校正技術(shù)，其中較為成熟的方法是基于探測元的單點、兩點及多點定標算法，它們W 普朗克福射定律和紅外探測元的線性響應(yīng)模型為基礎(chǔ)，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于成像系統(tǒng)之中。 近年來，各種基于場景的非均勻性校正技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，W彌補溫漂現(xiàn)象，避開定標過程； 但在面臨極端場景，如場景靜止、鏡頭旋轉(zhuǎn)或反差極大的場景反復(fù)切換時，校正效果會大幅 退化，甚至無法觀察；另外，受限于現(xiàn)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件水平，只能用于軟件仿真或后續(xù) 處理，還無法做到實時，實際應(yīng)用尚不成熟。比較而言，基于定標的非均勻性校正更為精確， 對于場景和目標沒有特殊要求，硬件易于實現(xiàn)和集成，是紅外焦平面陣列系統(tǒng)公認的評估 手段。
[0005] 為獲得更高的帖頻和更好的圖像質(zhì)量，紅外熱像儀的探測器和外部存儲器設(shè)備不 斷更新?lián)Q代，每次系統(tǒng)架構(gòu)升級都必須重新編寫兩點校正的處理程序，進行了大量重復(fù)性 工作，延長了開發(fā)周期。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型的目的在于提供一種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊，結(jié)合 FPGA+外部存儲器的系統(tǒng)構(gòu)架，使熱像儀在實際使用過程中滿足在線定標和實時校正的要 求。
[0007] 實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為；一種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的 模塊，包括數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊、串口指令解析模塊、定標控制模塊、加權(quán)平均運算模塊、外部 存儲器仲裁控制模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、第二FIFO緩沖區(qū)、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及FLA甜控 制器、、內(nèi)部寄存器、兩點參數(shù)計算模塊、兩點校正模塊和壞元替代模塊。
[000引加權(quán)平均運算模塊分別與串口指令解析模塊、定標控制模塊和外部存儲器仲裁 控制模塊連接，外部存儲器仲裁控制模塊分別與串口指令解析模塊、定標控制模塊、第二 FIFO緩沖區(qū)、求均值模塊和兩點參數(shù)計算模塊連接，定標控制模塊分別與數(shù)據(jù)格式調(diào)整模 塊和串口指令解析模塊連接，兩點校正模塊分別與串口指令解析模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、 兩點參數(shù)計算模塊和壞元替代模塊連接，并轉(zhuǎn)串及FLA甜控制器與第二FIFO緩沖區(qū)連接， 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊與第一 FIFO緩沖區(qū)連接，兩點參數(shù)計算模塊與壞元替代模塊連接，外部 存儲器仲裁控制模塊再外接外部存儲器，外部存儲器仲裁控制模塊、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及 FLA甜控制器和內(nèi)部寄存器分別外接串行FLA甜。
[0009] 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊把紅外熱像儀的探測器采集的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準格式數(shù)據(jù)， 即當前帖A，并送到定標控制模塊和第一 FIFO緩沖區(qū)；把紅外熱像儀的探測器對準低溫黑 體，串口指令解析模塊對上位機的定標命令進行解析，并把得到的累加帖數(shù)P和存低溫使 能送入定標控制模塊，權(quán)值參數(shù)q送入加權(quán)平均運算模塊；定標控制模塊控制當前帖A送到 加權(quán)平均運算模塊進行加權(quán)平均運算，發(fā)送讀寫指令給外部存儲器仲裁控制模塊，在外部 存儲器中讀出存儲帖B并寫入均值帖C，循環(huán)迭代P次后，最終的均值帖C低溫定標圖像L。
[0010] 外部存儲器仲裁控制模塊接收各讀寫指令，對它們在時間上進行安排，發(fā)送讀寫 請求、地址和數(shù)據(jù)給外部存儲器，控制外部存儲器依次循環(huán)響應(yīng)各讀寫指令；再把紅外熱像 儀的探測器對準高溫黑體，重復(fù)上述過程，得到高溫定標圖像H;串口指令解析模塊發(fā)送寫 FLA甜使能信號給外部存儲器仲裁控制模塊，從外部存儲器中同時讀出低溫定標圖像L和 高溫定標圖像H，分別送入求均值模塊和第二FIFO緩沖區(qū)；求均值模塊分別求出低溫定標 圖像L的均值￡和高溫定標圖像H的均值豆，并把它們存入串行FLA甜的用戶區(qū)域；第二FIFO 緩沖區(qū)用來實現(xiàn)速率匹配，緩沖后的數(shù)據(jù)送入并轉(zhuǎn)串及FLA甜控制器；并轉(zhuǎn)串及FLA甜控制 器完成對串行FLASH的配置，把低溫定標圖像L和高溫定標圖像H轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，依次順 序?qū)懭氪蠪LA甜用戶區(qū)域，至此定標操作完成。
[0011] 系統(tǒng)重新上電后，自動從串行化A甜中依次讀出低溫定標圖像L和高溫定標圖像 H并送至外部存儲器仲裁控制模塊，由其寫入外部存儲器指定位置；串行FLASH自動讀出低 溫定標圖像的均值E和高溫定標圖像的均值1存入內(nèi)部寄存器中；當一帖標準數(shù)據(jù)到達第 一 FIFO緩沖區(qū)時，就通過外部存儲器仲裁控制模塊同時讀出低溫定標圖像L和高溫定標圖 像H，從內(nèi)部寄存器中讀出低溫定標圖像的均值S和高溫定標圖像的均值1 一起送到兩點參 數(shù)計算模塊，通過兩點參數(shù)計算模塊計算得到增益校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B，并將增益 校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B送入兩點校正模塊進行校正，得到校正后的圖像Y，若增益校 正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B的值超過設(shè)定的闊值，就把壞元標志位置為1，否則置為0,壞元 標志位送入壞元替代模塊；將校正后的圖像Y再送入壞元替代模塊，壞元替代模塊檢測壞 元標志位，一旦發(fā)現(xiàn)為1，就把該處對應(yīng)的像素值用緩存的前面一個的像素值替換，至此校 正處理完成，將得到的最終圖像輸出。
[0012] 第一 FIFO緩沖區(qū)起到數(shù)據(jù)同步的作用，把標準數(shù)據(jù)、增益校正系數(shù)K和偏置校正 系數(shù)B對齊，一起送入兩點校正模塊。
[0013] 上述加權(quán)平均運算模塊的加權(quán)平均運算公式為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊，其特征在于：包括數(shù)據(jù)格式調(diào)整模 塊、串口指令解析模塊、定標控制模塊、加權(quán)平均運算模塊、外部存儲器仲裁控制模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、第二FIFO緩沖區(qū)、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及FLASH控制器、內(nèi)部寄存器、兩點參數(shù) 計算模塊、兩點校正模塊和壞元替代模塊； 加權(quán)平均運算模塊分別與串口指令解析模塊、定標控制模塊和外部存儲器仲裁控制模 塊連接，外部存儲器仲裁控制模塊分別與串口指令解析模塊、定標控制模塊、第二FIFO緩 沖區(qū)、求均值模塊和兩點參數(shù)計算模塊連接，定標控制模塊分別與數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊和串 口指令解析模塊連接，兩點校正模塊分別與串口指令解析模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、兩點參 數(shù)計算模塊和壞元替代模塊連接，并轉(zhuǎn)串及FLASH控制器與第二FIFO緩沖區(qū)連接，數(shù)據(jù)格 式調(diào)整模塊與第一 FIFO緩沖區(qū)連接，兩點參數(shù)計算模塊與壞元替代模塊連接，外部存儲器 仲裁控制模塊再外接外部存儲器，外部存儲器仲裁控制模塊、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及FLASH 控制器和內(nèi)部寄存器分別外接串行FLASH ; 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊把紅外熱像儀的探測器采集的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標準格式數(shù)據(jù)，即當 前幀A，并送到定標控制模塊和第一 FIFO緩沖區(qū)；把紅外熱像儀的探測器對準低溫黑體，串 口指令解析模塊對上位機的定標命令進行解析，并把得到的累加幀數(shù)P和存低溫使能送入 定標控制模塊，權(quán)值參數(shù)q送入加權(quán)平均運算模塊；定標控制模塊控制當前幀A送到加權(quán)平 均運算模塊進行加權(quán)平均運算，發(fā)送讀寫指令給外部存儲器仲裁控制模塊，在外部存儲器 中讀出存儲幀B并寫入均值幀C，循環(huán)迭代p次后，最終的均值幀C低溫定標圖像L ; 外部存儲器仲裁控制模塊接收各讀寫指令，對它們在時間上進行安排，發(fā)送讀寫請 求、地址和數(shù)據(jù)給外部存儲器，控制外部存儲器依次循環(huán)響應(yīng)各讀寫指令；再把紅外熱像 儀的探測器對準高溫黑體，重復(fù)上述過程，得到高溫定標圖像H ;串口指令解析模塊發(fā)送寫 FLASH使能信號給外部存儲器仲裁控制模塊，從外部存儲器中同時讀出低溫定標圖像L和 高溫定標圖像H，分別送入求均值模塊和第二FIFO緩沖區(qū)；求均值模塊分別求出低溫定標 圖像L的均值￡和高溫定標圖像H的均值，并把它們存入串行FLASH的用戶區(qū)域；第二 FIFO緩沖區(qū)用來實現(xiàn)速率匹配，緩沖后的數(shù)據(jù)送入并轉(zhuǎn)串及FLASH控制器；并轉(zhuǎn)串及FLASH 控制器完成對串行FLASH的配置，把低溫定標圖像L和高溫定標圖像H轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，依 次順序?qū)懭氪蠪LASH用戶區(qū)域，至此定標操作完成； 系統(tǒng)重新上電后，自動從串行FLASH中依次讀出低溫定標圖像L和高溫定標圖像H并 送至外部存儲器仲裁控制模塊，由其寫入外部存儲器指定位置；串行FLASH自動讀出低溫 定標圖像的均值￡和高溫定標圖像的均值疆存入內(nèi)部寄存器中；當一幀標準數(shù)據(jù)到達第一 FIFO緩沖區(qū)時，就通過外部存儲器仲裁控制模塊同時讀出低溫定標圖像L和高溫定標圖像 H，從內(nèi)部寄存器中讀出低溫定標圖像的均值￡和高溫定標圖像的均值i一起送到兩點參數(shù) 計算模塊，通過兩點參數(shù)計算模塊計算得到增益校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B，并將增益校 正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B送入兩點校正模塊進行校正，得到校正后的圖像Y，若增益校正 系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B的值超過設(shè)定的閾值，就把壞元標志位置為1，否則置為0,壞元標 志位送入壞元替代模塊；將校正后的圖像Y再送入壞元替代模塊，壞元替代模塊檢測壞元 標志位，一旦發(fā)現(xiàn)為1，就把該處對應(yīng)的像素值用緩存的前面一個的像素值替換，至此校正 處理完成，將得到的最終圖像輸出； 第一 FIFO緩沖區(qū)起到數(shù)據(jù)同步的作用，把標準數(shù)據(jù)、增益校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù) B對齊，一起送入兩點校正模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩點校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊，其特征在于： 上述加權(quán)平均運算模塊的加權(quán)平均運算公式為：其中C為均值幀，即單次取平均得到的一幀圖像； 兩點參數(shù)計算模塊的兩點參數(shù)計算公式為：兩點校正模塊的兩點校正公式為： Y = K · X+B X代表數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊輸出的標準數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01J5-00GK204286600SQ201420516342
【發(fā)明者】陳錢, 高航, 顏奇歡, 錢毅濤, 顧國華, 隋修寶, 于雪蓮, 錢惟賢, 何偉基, 孫鐿誠, 潘科辰, 劉源, 陶遠榮, 匡小冬 [申請人]南京理工大學