專利名稱：紅外焦平面陣列探測(cè)器非均勻性校正殘差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，是一種數(shù)字圖像復(fù)原方法，具體涉及的是基于輻射源定標(biāo)與殘差對(duì)消相結(jié)合的非均勻性校正方法，適合用于對(duì)紅外焦平面陣列 (IRFPA)探測(cè)器非均勻性校正殘差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
IRFPA探測(cè)器的引入使得現(xiàn)代紅外成像系統(tǒng)能同時(shí)獲得在空間分辨率、溫度分辨率和時(shí)間分辨率方面的優(yōu)異性能。然而，受到材料、制造工藝和工作環(huán)境等因素的影響， IRFPA各探測(cè)元在相同輻照條件下通常會(huì)輸出不同的響應(yīng)，這種響應(yīng)的不一致性被稱作非均勻性。由于非均勻性的存在會(huì)顯著降低成像的信噪比和辨析率，因此，在基于IRFPA的各種成像應(yīng)用中，幾乎都對(duì)IRFPA器件的非均勻性提出了相應(yīng)的要求，例如，紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)一般要求IRFPA器件的非均勻性在O. 1%以內(nèi)，而當(dāng)今IRFPA器件的非均勻性大致水平為國(guó)外器件，InSb器件的非均勻性為3%左右，HgCdTe器件為7%左右，而國(guó)產(chǎn)器件的非均勻性更大，比國(guó)外同類器件大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。為了解決這對(duì)供需矛盾，最根本的途徑是通過研究新材料和制造工藝以提升器件響應(yīng)的均勻性，然而新材料和工藝的研究周期長(zhǎng)、 技術(shù)難度大，難以解決眼前面臨的問題。鑒于此，部分該領(lǐng)域的研究者近年來轉(zhuǎn)而研究一類利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)對(duì)IRFPA器件非均勻性進(jìn)行校正的后處理方法。實(shí)踐證明，這類方法可使IRFPA器件的非均勻性顯著降低，而且對(duì)于非均勻性較大的器件更加明顯，確是一條投入小見效快的技術(shù)途徑。目前主流的非均勻性校正方法主要分為基于參考輻射源的校正方法以及基于場(chǎng)景的自適應(yīng)校正方法兩類。其中，前者通過對(duì)均勻輻照下探測(cè)器各單元響應(yīng)輸出的測(cè)量，計(jì)算出各探測(cè)單元的校正參數(shù)，而后利用上述校正參數(shù)對(duì)實(shí)際目標(biāo)場(chǎng)景輻照進(jìn)行校正，此類方法運(yùn)算復(fù)雜度低易于硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。而后者則利用當(dāng)前場(chǎng)景的輻射數(shù)據(jù)自適應(yīng)地估計(jì)校正參數(shù)，并用于后續(xù)輸出的校正，此類方法需進(jìn)行大量的迭代運(yùn)算和數(shù)據(jù)吞吐操作，適用于高精度的軟件實(shí)現(xiàn)。鑒于此，在實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中多采用基于參考輻射源的校正方法。通常，IRFPA探測(cè)器的響應(yīng)規(guī)律可用線性數(shù)學(xué)模型予以描述。大量的工程實(shí)踐證實(shí)，線性數(shù)學(xué)模型中的偏置項(xiàng)較之增益項(xiàng)是引起探測(cè)器響應(yīng)非均勻性的更重要影響因素。 而現(xiàn)有的參考輻射源定標(biāo)校正方法還未能很好地解決因偏置漂移引起的校正殘差。因此， 針對(duì)如何有效地消除校正殘差，尋求一種可靠的方法對(duì)IRFPA探測(cè)器的非均勻響應(yīng)輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)的校正和殘差補(bǔ)償就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于將加權(quán)的均勻背景校正殘差用于消除實(shí)時(shí)場(chǎng)景校正殘差，提出了一種新穎的IRFPA探測(cè)器非均勻性校正殘差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，以減小校正后的響應(yīng)值與實(shí)際場(chǎng)景輻照值之間的偏差，并提高IRFPA探測(cè)器的溫度分辨率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是針對(duì)IRFPA探測(cè)器非均勻性響應(yīng)的校正輸出對(duì)殘差抑制的要求，引入加權(quán)的均勻背景校正殘差以補(bǔ)償實(shí)際場(chǎng)景的校正誤差，將輻射源定標(biāo)校正與殘差對(duì)消方法相結(jié)合，具體步驟如下(I)利用IRFPA探測(cè)器采集黑體輻射源在響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)任一溫度點(diǎn)的輻射響應(yīng) F(O0)；(2)將成像系統(tǒng)快門關(guān)閉，利用IRFPA探測(cè)器采集均勻背景輻射的響應(yīng)輸出 F(O1)；(3)以黑體輻射F(Otl)為參考值對(duì)均勻背景輻射進(jìn)行一點(diǎn)定標(biāo)校正，得到校正結(jié)果 F' (O1)；(4)將成像系統(tǒng)快門打開，利用IRFPA探測(cè)器采集實(shí)際場(chǎng)景輻射的響應(yīng)輸出 F(O2)；(5)以均勻背景輻射響應(yīng)輸出F(O1)為參考值對(duì)實(shí)際場(chǎng)景輻射進(jìn)行一點(diǎn)定標(biāo)校正，得到校正結(jié)果F' (Φ2)；(6)用F' (Φ2)減除加權(quán)后的F' (O1),以實(shí)現(xiàn)殘余非均勻性的對(duì)消并得到最終的校正殘差補(bǔ)償結(jié)果F" (Φ2)；(7)對(duì)IRFPA探測(cè)器采集的后續(xù)實(shí)際場(chǎng)景輻射響應(yīng)F(On)重復(fù)執(zhí)行步驟(5)和步驟(6)，得到校正殘差補(bǔ)償后的輸出F" (Φη)。上述步驟(I)、步驟⑵和步驟(4)中，IRFPA探測(cè)器對(duì)輻照值Φ的響應(yīng)輸出 F(O)，可用F(O) = G · Φ+0的線性響應(yīng)模型予以描述，式中G代表增益參數(shù)，O代表偏置參數(shù)，工程實(shí)踐證明，偏置參數(shù)的漂移是引起校正殘差的主要因素。根據(jù)上述探測(cè)器響應(yīng)模型，上述步驟(3)和步驟(5)中基于參考源的一點(diǎn)定標(biāo)校正過程，可表示為F' (Φ5)= F(Os)-F(Oe)，式中F(Os)為探測(cè)器當(dāng)前的非均勻響應(yīng)輸出，F(xiàn)(Os)為當(dāng)前非均勻響應(yīng)輸出，F(xiàn)(Oc)為參考源定標(biāo)輸出，F(xiàn)' (Φ5)為一點(diǎn)定標(biāo)校正輸出。上述步驟￠)中的校正殘差補(bǔ)償過程可表示為
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面陣列探測(cè)器非均勻性校正殘差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，基于參考輻射源定標(biāo)與殘差對(duì)消，其特征在于包括如下步驟(1)利用IRFPA探測(cè)器采集黑體輻射源在響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)任一溫度點(diǎn)的輻射響應(yīng) F(O0)；(2)將成像系統(tǒng)快門關(guān)閉，利用IRFPA探測(cè)器采集均勻背景輻射的響應(yīng)輸出F(O1)；(3)以黑體輻射F(Otl)為參考值對(duì)均勻背景輻射進(jìn)行一點(diǎn)定標(biāo)校正，得到校正結(jié)果 F' (Φ!)；(4)將成像系統(tǒng)快門打開，利用IRFPA探測(cè)器采集實(shí)際場(chǎng)景輻射的響應(yīng)輸出F(O2)；(5)以均勻背景輻射響應(yīng)輸出F(O1)為參考值對(duì)實(shí)際場(chǎng)景輻射進(jìn)行一點(diǎn)定標(biāo)校正，得到校正結(jié)果F' (Φ2)；(6)用F'(Φ2)減除加權(quán)后的F' (O1)，以實(shí)現(xiàn)殘余非均勻性的對(duì)消并得到最終的校正殘差補(bǔ)償結(jié)果F" (Φ2)；(7)對(duì)IRFPA探測(cè)器采集的后續(xù)實(shí)際場(chǎng)景輻射響應(yīng)F(On)重復(fù)執(zhí)行步驟(5)和步驟(6)，得到校正殘差補(bǔ)償后的輸出F" (Φη)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(I)、步驟(2)和步驟⑷中， IRFPA探測(cè)器對(duì)輻照值Φ的響應(yīng)輸出F(O)，可用F(O) = G · Φ+0的線性響應(yīng)模型予以描述，式中G代表增益參數(shù)，O代表偏置參數(shù)；根據(jù)上述探測(cè)器響應(yīng)模型，將上述步驟(3)和步驟(5)中基于參考源的一點(diǎn)定標(biāo)校正過程表示為F' (Φ5) = F(Os)-F(O)。)，式中F(Os)為探測(cè)器當(dāng)前的非均勻響應(yīng)輸出， F(Os)為當(dāng)前非均勻響應(yīng)輸出，F(xiàn)(Oe)為參考源定標(biāo)輸出，F(xiàn)' (Φ5)為一點(diǎn)定標(biāo)校正輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(6)中的校正殘差補(bǔ)償公式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外焦平面陣列(IRFPA)探測(cè)器非均勻性校正殘差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償方法，針對(duì)IRFPA探測(cè)器非均勻性響應(yīng)的校正輸出對(duì)殘差抑制的要求，引入加權(quán)的均勻背景校正殘差以補(bǔ)償實(shí)際場(chǎng)景的校正誤差，將輻射源定標(biāo)校正與殘差對(duì)消方法相結(jié)合，抑制了IRFPA探測(cè)器的殘余非均勻性，有效降低了校正后響應(yīng)值與實(shí)際場(chǎng)景輻照值之間的偏差，并使得IRFPA探測(cè)器的溫度分辨率得以提升。
文檔編號(hào)G01J5/00GK102589707SQ20121005711
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張智杰, 楊銀堂, 賴睿 申請(qǐng)人:華中光電技術(shù)研究所中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一七研究所