Irfpa探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法，其特征在于，針對(duì)IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的校正輸出對(duì)偽影抑制和細(xì)節(jié)保持的要求，在能量泛函中引入雙邊全變分正則項(xiàng)，并與校正參數(shù)的回歸估計(jì)方法相結(jié)合，充分利用了雙邊全變分各向異性的擴(kuò)散特性，有效地降低了校正后響應(yīng)輸出的偽影效應(yīng)，更好地保持了原始場(chǎng)景中的細(xì)節(jié)信息，從而使得IRFPA探測(cè)器的溫度分辨率得到有效的提升。
【專利說(shuō)明】IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種IRFPA探測(cè)器非均勻性校正方法，具體涉及一種將雙邊全變分正則化與校正參數(shù)回歸估計(jì)相結(jié)合的IRFPA探測(cè)器非均勻性校正方法，屬于數(shù)字信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外焦平面陣列探測(cè)器(簡(jiǎn)稱IRFPA探測(cè)器)響應(yīng)不均勻所引起的固定圖案噪聲已嚴(yán)重影響到IRFPA成像系統(tǒng)的信噪比、溫度分辨率和空間分辨率。而消除固定模式噪聲的最根本途徑是在探測(cè)器制造過(guò)程中采用新的材料和工藝以提升各探測(cè)元響應(yīng)的一致性，然而，新材料和工藝的開(kāi)發(fā)需要大量的經(jīng)費(fèi)投入和較長(zhǎng)的研究周期，難以滿足工程應(yīng)用對(duì)成像系統(tǒng)輸出信噪比提升的迫切需求。鑒于此，將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于修正IRFPA探測(cè)器的非均勻響應(yīng)，確是一條見(jiàn)效快且效費(fèi)比高的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑。
[0003]現(xiàn)存的IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)校正方法主要有:參考輻射源定標(biāo)校正法和場(chǎng)景自適應(yīng)濾波校正法。
[0004]參考輻射源定標(biāo)校正法利用參考輻射源為IRFPA探測(cè)器提供均勻輻照，通過(guò)對(duì)各探測(cè)單元的響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量以計(jì)算出對(duì)應(yīng)單元的校正參數(shù)，進(jìn)而用于對(duì)探測(cè)器的實(shí)際場(chǎng)景輻照響應(yīng)進(jìn)行校正，此類方法由于在實(shí)際場(chǎng)景的校正過(guò)程中只需將已通過(guò)定標(biāo)獲取的校正參數(shù)直接用于計(jì)算校正輸出，因此實(shí)時(shí)性高，但參考輻射源定標(biāo)校正法的局限性在于無(wú)法自適應(yīng)地更新校正參數(shù)。
[0005]場(chǎng)景自適應(yīng)濾波校正法則利用當(dāng)前場(chǎng)景輻照響應(yīng)數(shù)據(jù)自適應(yīng)地估計(jì)校正參數(shù)，并用于后續(xù)場(chǎng)景輻照響應(yīng)的校正，此類方法不斷地對(duì)校正參數(shù)進(jìn)行迭代估計(jì)，不受器件工作狀態(tài)變化引起參數(shù)漂移的影響，因此校正結(jié)果的時(shí)間穩(wěn)定性好、精度高。鑒于此，在校正精度要求較高的應(yīng)用中多采用基于場(chǎng)景的自適應(yīng)濾波校正方法。
[0006]現(xiàn)有的各種基于場(chǎng)景的自適應(yīng)校正方法中，采用參數(shù)回歸估計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正方法(Adaptive nonuniformity correction for IR Focal Plane Arrays Using NeuralNetworks, Infrared Sensors:Detectors, Electronics, and Signal Processing, SPIEj 1991，Vol.1541，pp.100-109)較之其它方法具有校正效果好、穩(wěn)定性高以及計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn)。然而，在非均勻響應(yīng)較為嚴(yán)重的情況下，該方法未能很好地解決偽影現(xiàn)象且對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息保護(hù)欠佳。
[0007]綜上前述，針對(duì)如何在有效保持場(chǎng)景細(xì)節(jié)信息的前提下消除探測(cè)器的非均勻響應(yīng)，尋求一種可靠的方法對(duì)IRFPA非均勻響應(yīng)進(jìn)行自適應(yīng)校正就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于將雙邊全變分正則化加入校正參數(shù)的回歸估計(jì)過(guò)程，提出一種新穎的IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法，以減小校正后響應(yīng)值與實(shí)際場(chǎng)景輻照值之間的偏差，進(jìn)而提高IRFPA探測(cè)器的溫度分辨率。[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0010]一種IRFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法，其特征在于，將雙邊全變分正則化引入校正參數(shù)回歸估計(jì)中，具體包括如下步驟:
[0011](1)、IRFPA探測(cè)器采集得到t時(shí)刻的場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt ；
[0012](2)、利用當(dāng)前增益校正參數(shù)的估計(jì)值0t和偏置校正參數(shù)的估計(jì)值O汁算出當(dāng)前場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt的校正值足;
[0013](3)、利用鄰域平均法計(jì)算出當(dāng)前場(chǎng)景的校正值λ的期望值Tt ；
[0014](4)、利用當(dāng)前場(chǎng)景的校正值X和期望值Tt，獲得由保真項(xiàng)和雙邊全變分正則項(xiàng)構(gòu)成的能量泛函Et;
[0015](5)、采用最陡下降優(yōu)化方法求解能量泛函Et最小化問(wèn)題，獲得t+Ι時(shí)刻的增益校正參數(shù)$+1和偏置校正參數(shù)0?+1 ；
[0016](6)、根據(jù)t+Ι時(shí)刻的增益校正參數(shù)0t+1和偏置校正參數(shù)0t+1，計(jì)算出t+Ι時(shí)刻IRFPA探測(cè)器場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt+1的校正值Xi I
[0017](7)、對(duì)IRFPA探測(cè)器采集到的后續(xù)場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yn依次執(zhí)行步驟(3)到步驟(6)，便可得到相應(yīng)的校正值Xjl，前述η≥t+2。
[0018]前述的方法，其特征在于，在步驟(2)和步驟(6)中，基于該時(shí)刻增益校正參和
偏置校正參數(shù)0的場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Y的校正值X的計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.1RFPA探測(cè)器非均勻響應(yīng)的雙邊全變分正則化校正方法，其特征在于，將雙邊全變分正則化引入校正參數(shù)回歸估計(jì)中，具體包括如下步驟: (1)、IRFPA探測(cè)器采集得到t時(shí)刻的場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt； (2)、利用當(dāng)前增益校正參數(shù)的估計(jì)值Gt和偏置校正參數(shù)的估計(jì)值O汁算出當(dāng)前場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt的校正值Xt; (3)、利用鄰域平均法計(jì)算出當(dāng)前場(chǎng)景的校正值X的期望值Tt； (4)、利用當(dāng)前場(chǎng)景的校正值X和期望值Tt，獲得由保真項(xiàng)和雙邊全變分正則項(xiàng)構(gòu)成的能量泛函Et ； (5)、采用最陡下降優(yōu)化方法求解能量泛函Et最小化問(wèn)題，獲得t+Ι時(shí)刻的增益校正參數(shù)^^和偏置校正參數(shù)0?+1; (6)、根據(jù)t+Ι時(shí)刻的增益校正.和偏置校正參數(shù)0t+1，計(jì)算出t+Ι時(shí)刻IRFPA探測(cè)器場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yt+1的校正值足+1; (7)、對(duì)IRFPA探測(cè)器采集到的后續(xù)場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Yn依次執(zhí)行步驟(3)到步驟(6)，便可得到相應(yīng)的校正值，所述η≥t+2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)和步驟(6)中，基于該時(shí)刻增益校正參和偏置校正參數(shù)0的場(chǎng)景輻射觀測(cè)值Y的校正值尤的計(jì)算公式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，場(chǎng)景校正值^^的期望值Tt的計(jì)算公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，能量泛函Et表示為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，獲取t+Ι時(shí)刻的增益校正參數(shù)$+1和偏置校正參數(shù)0?+1的迭代計(jì)算公式分別為:
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103868601SQ201410116715
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】賴睿, 肖鶴玲, 張劍賢, 楊銀堂, 周慧鑫, 秦翰林, 王炳健 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)