一種用于圖像傳感器標(biāo)定的干涉條紋畸變矯正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天文學(xué)和空間技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于圖像傳感器標(biāo)定的干涉條 紋畸變矯正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，CMOS APS(有源像元，Active Pixel Sensor)圖像傳感器以其體積小、功 耗低、質(zhì)量輕、空間輻射、熱環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)、制作周期短、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，成為CCD的有力 競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，因此作為空間應(yīng)用的固體成像器件。CMOS APS圖像傳感器的這些性能降低了載 荷對(duì)平臺(tái)的要求，能夠滿足微型化發(fā)展趨勢(shì)的要求，在空間應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。CMOS APS和 CCD-個(gè)非常重要的區(qū)別在于信號(hào)的讀出機(jī)制不同。CCD所有的感光像元在同一時(shí)刻曝光從 而獲得整幅圖像，這種曝光方式稱為全局快門。對(duì)于CMOS來(lái)說(shuō)，其每一行曝光開始時(shí)間不 同，我們稱這種曝光機(jī)制為電子卷簾快門（rolling shutter，RS)機(jī)制，圖1為電子卷簾快門 機(jī)制的示意圖。只要拍攝目標(biāo)和CMOS保持相對(duì)靜止，在這一機(jī)制下，成像沒(méi)有任何問(wèn)題。但 是，一旦拍攝目標(biāo)和CMOS有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，卷簾快門就會(huì)造成拍攝的圖像發(fā)生畸變。這種畸變對(duì) 測(cè)量結(jié)果會(huì)有系統(tǒng)誤差，因此應(yīng)用中需要進(jìn)行校正。
[0003] 通常大家都假設(shè)焦平面上的每個(gè)像素的位置按照規(guī)則的網(wǎng)格狀分布。但對(duì)于質(zhì)心 定位精度要求非常高的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，上面的假設(shè)不再成立:像素并不按規(guī)則網(wǎng)格分布，而是有 一定的位置偏差。事實(shí)上，在陣列探測(cè)器生產(chǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)歷一系列的工藝過(guò)程。特別是 在光刻工藝中，在從掩模圖形到光刻膠圖形的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，諸如基片的表面預(yù)處理、甩膠、 前烘、曝光、顯影、后烘等工藝因素都不可避免地產(chǎn)生形狀和位置誤差。在天文學(xué)和空間技 術(shù)領(lǐng)域中，高精度的位置測(cè)量需要對(duì)陣列探測(cè)器的幾何不均勻性進(jìn)行標(biāo)定。如圖2所示，標(biāo) 定的方法是利用外差式激光干涉產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)干涉條紋對(duì)探測(cè)器的像素特性進(jìn)行反演。固定 在焦平面前方的一對(duì)單模光纖同時(shí)產(chǎn)生有固定頻差的兩束激光，這樣在焦平面上就會(huì)形成 動(dòng)態(tài)干涉條紋。通過(guò)動(dòng)態(tài)干涉條紋可以對(duì)像素特性進(jìn)行標(biāo)定。如果利用CMOS采集動(dòng)態(tài)條紋 數(shù)據(jù)，那么由于卷簾快門的效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致條紋發(fā)生畸變。因此實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)發(fā)生畸 變的條紋進(jìn)行矯正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的標(biāo)定方法沒(méi)有對(duì)發(fā)生畸變的動(dòng)態(tài)干涉條紋進(jìn)行矯 正的缺陷，從而提供一種干涉條紋畸變矯正方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于圖像傳感器標(biāo)定的干涉條紋畸變矯正 方法，包括：
[0006] 步驟1)、利用陣列探測(cè)器采集多幀靜態(tài)干涉條紋圖像、動(dòng)態(tài)干涉條紋圖像、平場(chǎng)圖 像以及相同條件下對(duì)應(yīng)的暗場(chǎng)圖像；
[0007] 步驟2)、對(duì)步驟1)獲得的靜態(tài)干涉條紋圖像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括:根據(jù)所 述暗場(chǎng)圖像扣除暗噪聲、本底噪聲，并根據(jù)所述平場(chǎng)圖像進(jìn)行平場(chǎng)修正，獲得預(yù)處理之后的 干涉條紋圖像；
[0008] 步驟3)、利用步驟2)所得到的預(yù)處理之后的干涉條紋圖像計(jì)算空間頻率；
[0009] 步驟4)、利用步驟3)所得到的空間頻率以及干涉激光的頻率差計(jì)算條紋運(yùn)動(dòng)速 度；
[0010]步驟5)、利用步驟4)得到的條紋運(yùn)動(dòng)速度以及陣列探測(cè)器相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)獲得仿 射變換矩陣;其中，所述陣列探測(cè)器相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)至少包括:探測(cè)器陣列NXN中的行列數(shù) N，每一行的讀出時(shí)間t0，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)干涉條紋的激光的頻率差??;
[0011] 步驟6)、利用步驟5)得到的仿射變換矩陣對(duì)帶有畸變的動(dòng)態(tài)干涉條紋圖像進(jìn)行仿 射變換，得到畸變矯正后的圖像。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述步驟3)進(jìn)一步包括：
[0013] 根據(jù)預(yù)處理之后的干涉條紋圖像，利用如下公式對(duì)空間頻率進(jìn)行擬合：
[0014] I =a+b*sin(kx*x+ky*y+phi);
[0015] 其中，I為每個(gè)像素的灰度值，a為直流分量，b為對(duì)比度，x、y為二維笛卡爾坐標(biāo)，kx 為X方向的空間頻率，ky為y方向的空間頻率，ph i為初始相位。
[0016] 上述技術(shù)方案中，在步驟4)中，利用所得到的空間頻率以及干涉激光的頻差通過(guò) 如下公式計(jì)算條紋運(yùn)動(dòng)速度：
[0017] vx=f0*23T/kx；
[0018] vy = f0*23r/ky ；
[0019] 其中，vx、vy分別為x方向和y方向的條紋運(yùn)動(dòng)速度分量。
[0020] 上述技術(shù)方案中，在步驟5)中，利用得到的條紋運(yùn)動(dòng)速度Vx、Vy以及陣列探測(cè)器相 關(guān)的指標(biāo)參數(shù)，獲得仿射變換矩陣R:
[0022]其中，dxl，dyl分別為X方向和y方向的參考坐標(biāo);pi表示圓周率。
[0023]上述技術(shù)方案中，在步驟6)中，利用步驟5)得到的仿射變換矩陣對(duì)動(dòng)態(tài)干涉條紋 畸變進(jìn)行仿射變換，得到畸變矯正后的圖像，仿射變換如下：
[0025]其中，x0，y0分別為變換之后的坐標(biāo)，X，y分別為變換之前的坐標(biāo)。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0027]本發(fā)明的方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快且結(jié)果精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是CMOS電子卷簾快門示意圖；
[0029]圖2是外差式激光干涉定標(biāo)示意圖；
[0030]圖3是干涉條紋空間頻率不意圖；
[0031] 圖4是本發(fā)明的用于圖像傳感器標(biāo)定的干涉條紋畸變矯正方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033] 在利用外差式激光干涉產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)干涉條紋對(duì)探測(cè)器的像素特性進(jìn)行反演過(guò)程 中，兩束激光有固定差頻，從而形成動(dòng)態(tài)干涉條紋，由于CMOS探測(cè)器的電子卷簾快門會(huì)造成 條紋發(fā)生畸變。如果不對(duì)畸變進(jìn)行校正，像素特性的測(cè)量精度會(huì)受到很大影響。
[0034] 本發(fā)明充分考慮動(dòng)態(tài)干涉條紋的運(yùn)動(dòng)特性，提出一種用于圖像傳感器標(biāo)定的干涉 條紋畸變矯正方法。
[0035] 參考圖4,本發(fā)明的方法具體包括以下步驟：
[0036] 步驟1)、利用陣列探測(cè)器采集多幀靜態(tài)干涉條紋圖像、動(dòng)態(tài)干涉條紋圖像、平場(chǎng)圖