針對非均勻校正后的熱紅外圖像剩余非均勻噪聲去除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對非均勻校正后的熱紅外圖像剩余非均勻噪聲去除方法。其實施步驟如下：1)利用紅外成像系統(tǒng)在不同溫度下對黑體成像得到紅外圖像；2)將得到的黑體圖像進行非均勻校正；3)求得校正后黑體圖像的像素平均值；4)將校正后的黑體圖像中每個像素值與其平均值相減存儲結(jié)果；5)拍攝外景圖像并進行非均勻校正；6)將校正后圖像像素值與不同溫度下圖像平均值做比較找到最接近值對應(yīng)的相減數(shù)組，將像素值與數(shù)組中對應(yīng)位置的值相減得到新的圖像。本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)紅外圖像噪聲去除方法不足，提供了一種更有效、更精確去除剩余非均勻空間噪聲的方法。本發(fā)明能夠有效去除紅外圖像中的剩余非均勻空間噪聲，并不損失圖像原信息，獲得高質(zhì)量的復(fù)原圖像。
【專利說明】
針對非均勻校正后的熱紅外圖像剩余非均勻噪聲去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明屬于高靈敏度紅外成像及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，基于一種制冷型紅外成像硬件系 統(tǒng)，涉及紅外圖像非均勻校正后的剩余空間噪聲的去除。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展，人們對熱紅外成像系統(tǒng)靈敏度水平的要求越來越高， 獲取更高靈敏度紅外圖像的需求也更加迫切，經(jīng)過非均勻性校正的紅外圖像已不能滿足高 靈敏度場合的需要，因為即使經(jīng)過非均勻性校正，紅外圖像仍然存在剩余非均勻性空間噪 聲，在高靈敏度場合，這會極大的影響對信號的分辨能力，必須采取新的措施以進一步提高 紅外圖像的靈敏度水平。高靈敏度紅外成像系統(tǒng)一般采用制冷型紅外焦平面器件，由于焦 平面陣列中各探測元響應(yīng)特性不完全一致，不同的探測光敏元件對相同的紅外輻射會產(chǎn)生 不同的輸出信號，使得紅外圖像出現(xiàn)非均勻性噪聲。常規(guī)的非均勻性校正算法無法完全去 除該噪聲，但在一般應(yīng)用場合該剩余噪聲不影響圖像質(zhì)量，所以可見文獻中尚無針對非均 勻處理后的紅外圖像進一步去除非均勻性噪聲的方法。本方法基于此問題而提出，基于紅 外焦平面硬件特性，針對性的進一步削弱非均勻性噪聲，可以在不損失圖像信息的前提下 有效抑制剩余非均勻性噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種有效、精確去除剩余非均勻空間噪聲的全新方法。這 種方法根據(jù)像元的響應(yīng)特性以及在定標(biāo)圖像校正后像元與理想值偏差的固定性出發(fā)，創(chuàng)造 性的提出了針對剩余非均勻性空間噪聲的去除方法：
[0004] 本發(fā)明提出的紅外成像系統(tǒng)剩余非均勻空間噪聲去除方法，包括以下步驟：
[0005] 1)利用基于MXN規(guī)模的焦平面陣列的紅外成像系統(tǒng)，分別在A，A+e，A+2e，……B的 溫度下對均勻的黑體進行成像，得到Η幅圖像……Yh，A為設(shè)定的起始溫度值，B為設(shè)定 的終止溫度值，e為溫度間隔值；
[0006] 2)選取(：1、〇2、(：3、〇4四個溫度下的四幅黑體圖像? 1、？2、？3^4作為進行非均勻校正的 標(biāo)準(zhǔn)圖像，用這四幅圖像分別對步驟1)中所得到的Η幅黑體圖像進行非均勻校正，得到Η幅 校正后的黑體圖像Xi、X 2……Xh;非均勻性校正所用系數(shù)由如下公式求得：
[0009]其中，為取定的定標(biāo)點，Vi,j( (H)為測得的第i行，第j列個光敏元對應(yīng)的響應(yīng)輸 出；)對紅外焦平面陣列所有光敏元的輸出信號求平均得；
[00?0] 3)對步驟2)中非均勾校正后的每幅圖像求像素點平均值，計為averi，aver2,...... averH，將計算得到的平均值結(jié)果作為每幅黑體圖像的標(biāo)準(zhǔn)值：
[0012]其中X(i，j)是圖像第i行，第j列元素的像素值；
[0013] 4)將步驟2)中非均勻校正后的每幅圖像中的每個像素點值與步驟3)中求得的對 應(yīng)圖像的平均值求差，得到Η個Μ X N的二維數(shù)組Di，D2……Dh，每個數(shù)組中存儲著對應(yīng)圖像求 得的差值；
[0014] 5)拍攝外景圖像得到紅外圖像f，用步驟2)中選取的四幅黑體圖像 圖像f進行非均勻校正，得到校正后的圖像F;
[0015] 6)將校正后圖像F中的每個像素點值F(i，j)分別與步驟3)中得到的平均值進行比 較，找到與像素點的值最接近的平均值averx，找到最接近的平均值后，再找出與該平均值 所對應(yīng)的步驟4)中求出的差值二維矩陣Dx，其中X為1~Η中的值；
[0016] 7)將圖像F中的像素點F( i，j)與步驟6)中找到的Dx數(shù)組中與該像素位置對應(yīng)的點 Dx(i，j)值求差，將求得的結(jié)果作為新的像素值，得到最終去除空間噪聲后的紅外圖像。
[0017] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有方法具有如下的優(yōu)點及效果：
[0018] 1本發(fā)明緊接傳統(tǒng)非均勻校正方法之后，創(chuàng)造性的進一步降低了剩余非均勻性噪 聲，為降低紅外圖像空間噪聲提供了新的手段。
[0019] 2本發(fā)明針對傳統(tǒng)非均勻校正方法處理后的紅外圖像的剩余非均勻性噪聲，在實 驗室以不同像元在不同輻射量于固定定標(biāo)點校正后對均值的偏差作為補償，降低了在高靈 敏度運用場合剩余非均勻性噪聲對圖像的干擾，降低了空間噪聲。，
[0020] 3本發(fā)明針對非均勻性噪聲的固定性得到的偏差補償數(shù)據(jù)集，可廣泛用于各種場 景對固定圖案噪聲的消除，提高圖像的非均勻性，無場景使用限制。
【附圖說明】：
[0021] 圖1是本發(fā)明的紅外成像系統(tǒng)剩余非均勻的空間噪聲去除方法框圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明中（10,40)位置上的黑體圖像像素在各溫度下與其均值求得的差值 分布曲線。
[0023]圖3(a，b)是本發(fā)明實施例中非均勻性校正后經(jīng)過直方圖2/255拉伸后的黑體圖像 (a) 與用本文方法降低剩余非均勻空間噪聲的同樣按照2/255同樣比例拉伸后的黑體圖像 (b) 的對比。
[0024]圖4(a，b)是本發(fā)明實施例中待去噪外景圖像(a)與經(jīng)過處理后的外景圖像(b)的 對比。
【具體實施方式】：
[0025]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0026]如圖1，以320X256焦平面為硬件的紅外成像系統(tǒng)為例，改進的紅外系統(tǒng)剩余非均 勻空間噪聲去除方法，包括以下步驟：
[0027] 1)利用紅外成像系統(tǒng)，分別在6,8，10，12，14，15，17,20,22,24,25,27攝氏度下對 均勻黑體進行成像，得到12幅黑體圖像Y^Ys、……Y12，溫度的間隔不等。
[0028] 2)選取10、15、20、25攝氏度四個溫度下的四幅黑體圖像^、？2、內(nèi)、？ 4作為進行非均 勻校正的標(biāo)準(zhǔn)圖像。用這四幅圖像分別對1)中所得到的12幅黑體圖像進行非均勻校正，得 到12幅校正后的黑體圖像。
[0029] 3)對2)中非均勾校正后的每幅圖像求像素點平均值，計為averi = 36108，aver2 = 3737，aver3 = 38853，aver4 = 40313."aver7 = 44174."averi〇 = 49857 ???avemz 52449。將計 算得到的平均值結(jié)果作為每幅黑體圖像的標(biāo)準(zhǔn)值。
[0030] 4)將2)中非均勻校正后的每幅圖像中的每個像素點值與3)中求得的對應(yīng)圖像的 平均值求差。得到12個256 X 320的二維數(shù)組D!，D2……D46，每個數(shù)組中存儲著對應(yīng)圖像求得 的差值，圖2所示是各溫度下（10,40)位置的像素與各平均值求得的差。
[0031] 5)拍攝外景圖像得到紅外圖像f，用2)中選取的四幅圖像對圖像f進行非均勻校 正，得到校正后的圖像F，如圖4(a)所示。
[0032] 6)將校正后圖像F中的每個像素點值F(i，j)分別與3)中得到的平均值進行比較， 找到與像素點的值最接近的平均值averx，其中i的值為1~256，j的值為1~320，找到最接 近的平均值后，再找出與該平均值所對應(yīng)的4)中求出的差值二維矩陣Dx，其中X為1~12中 的值。
[0033] 7)將圖像F中的像素點F(i，j)與6)中找到的Dx數(shù)組中與該像素位置對應(yīng)的點Dx(i， j)值求差，將求得的結(jié)果作為新的像素值，得到最終去除空間噪聲后的紅外圖像。
[0034]如圖3(a)所示，是沒有經(jīng)過本文方法處理的非均勻性校正拉伸后黑體圖像，與原 始圖像拉伸比例為2/255。其中可以明顯的看到存在著剩余非均勻性空間噪聲，剩余非均勻 性為0.044052 %。圖3 (b)為經(jīng)過本文方法處理后的圖像，可以看到剩余非均勻性噪聲降低 為0.039722%。
[0035] 用本文的去除剩余非均勻性空間噪聲的方法對外景圖像進行降噪，如圖4(b)所示 為本實施例的去剩余非均勻性空間噪聲結(jié)果，將圖4(b)與圖4(a)中的原始空間噪聲比較， 可見，其中的空間固定噪聲被大幅降低，大幅提高了圖像質(zhì)量，凸顯了弱信號目標(biāo)。
[0036] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅限于上述實施方 式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而 言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進行的若干改進和潤飾，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的 保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種針對非均勻校正后的熱紅外圖像剩余非均勻噪聲去除方法，包括如下步驟： 1) 利用基于MXN規(guī)模的焦平面陣列的紅外成像系統(tǒng)，分別在A，A+e，A+2e，……B的溫度 下對均勻的黑體進行成像，得到Η幅圖像……Yh，A為設(shè)定的起始溫度值，B為設(shè)定的終 止溫度值，e為溫度間隔值； 2) 選取(^、(^(^(^四個溫度下的四幅黑體圖像心心內(nèi)心作為進行非均勻校正的標(biāo)準(zhǔn) 圖像，用這四幅圖像分別對步驟1)中所得到的Η幅黑體圖像進行非均勻校正，得到Η幅校正 后的黑體圖像Xi、X 2……Xh;非均勻性校正所用系數(shù)由如下公式求得：其中，Φ k為取定的定標(biāo)點，Vi, j ( Φ k)為測得的第i行，第j列個光敏元對應(yīng)的響應(yīng)輸出； 內(nèi)舍)對紅外焦平面陣列所有光敏元的輸出信號求平均得； 3) 對步驟2)中非均勾校正后的每幅圖像求像素點平均值，計為averi，aver2，...... averH，將計算得到的平均值結(jié)果作為毎幅黑體圖像的標(biāo)準(zhǔn)倌：其中X(i，j)是圖像第i行，第j列元素的像素值； 4) 將步驟2)中非均勻校正后的每幅圖像中的每個像素點值與步驟3)中求得的對應(yīng)圖 像的平均值求差，得到Η個MXN的二維數(shù)組……Dh，每個數(shù)組中存儲著對應(yīng)圖像求得的 差值； 5) 拍攝外景圖像得到紅外圖像f，用步驟2)中選取的四幅黑體圖像&、^內(nèi)力對圖像€ 進行非均勻校正，得到校正后的圖像F; 6) 將校正后圖像F中的每個像素點值F(i，j)分別與步驟3)中得到的平均值進行比較， 找到與像素點的值最接近的平均值averx，找到最接近的平均值后，再找出與該平均值所對 應(yīng)的步驟4)中求出的差值二維矩陣Dx，其中X為1~Η中的值； 7) 將圖像F中的像素點F(i，j)與步驟6)中找到的Dx數(shù)組中與該像素位置對應(yīng)的點Dx(i， j)值求差，將求得的結(jié)果作為新的像素值，得到最終去除空間噪聲后的紅外圖像。
【文檔編號】G06T5/00GK105869129SQ201610235714
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】姬弘楨, 王建宇, 李春來, 孫羽, 金健, 陳小文
【申請人】中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所