本發(fā)明涉及紅外成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種長(zhǎng)波線陣紅外相機(jī)星上非均勻性實(shí)時(shí)校正方法。

背景技術(shù)：

紅外探測(cè)器由于材料和工藝水平的限制，存在非均勻性問題。紅外探測(cè)器的非均勻性是指探測(cè)器各單元在均勻輻射輸入時(shí)各單元的輸出的不一致性，又稱為固有空間噪聲。這種噪聲會(huì)嚴(yán)重影響成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量，進(jìn)而影響光電系統(tǒng)的總體性能，所以必須進(jìn)行非均勻性校正。

另外，由于星載紅外相機(jī)系統(tǒng)所處的太空環(huán)境與地面之間在溫度上存在巨大差異，探測(cè)器的響應(yīng)特性會(huì)發(fā)生溫度漂移，這就會(huì)使得在利用從地面獲得的定標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)處于星載環(huán)境下的紅外成像系統(tǒng)進(jìn)行非均勻性校正時(shí)發(fā)生偏差，校正效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種長(zhǎng)波線陣紅外相機(jī)星上非均勻性實(shí)時(shí)校正方法，減少通過地面定標(biāo)進(jìn)行非均勻性校正而導(dǎo)致的校正偏差，改善紅外相機(jī)的成像質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：長(zhǎng)波線陣紅外相機(jī)星上非均勻性實(shí)時(shí)校正方法，包括如下步驟：

(1)當(dāng)進(jìn)行低溫定標(biāo)時(shí)，控制低溫黑體運(yùn)動(dòng)直到紅外相機(jī)與低溫黑體的中央?yún)^(qū)域?qū)?zhǔn)，使黑體輻射光線充滿并均勻照射在紅外相機(jī)視場(chǎng)，在進(jìn)行低溫定標(biāo)后產(chǎn)生P行圖像數(shù)據(jù)時(shí)，將P+1行開始的M行圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并計(jì)算M行圖像數(shù)據(jù)中每個(gè)像元的灰度值均值進(jìn)而得到所有像元的灰度值均值P為正數(shù)，M為正數(shù)，j為像元的列號(hào)，為低溫光強(qiáng)；

(2)當(dāng)進(jìn)行高溫定標(biāo)時(shí)，控制高溫黑體運(yùn)動(dòng)直到紅外相機(jī)與高溫黑體的中央?yún)^(qū)域?qū)?zhǔn)，使黑體輻射光線充滿并均勻照射在紅外相機(jī)視場(chǎng)，在進(jìn)行高溫定標(biāo)后產(chǎn)生P行圖像數(shù)據(jù)時(shí)，將P+1行開始的M行圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并計(jì)算M行圖像數(shù)據(jù)中每個(gè)像元的灰度值均值進(jìn)而得到所有像元的灰度值均值為高溫光強(qiáng)；

(3)分別計(jì)算高溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像中第i行第j個(gè)像元、低溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像第i行第j個(gè)像元的灰度值均值的差值遍歷所有像元，進(jìn)而得到各行所有像元灰度值均值差值的平均值利用判斷盲元點(diǎn)，存儲(chǔ)得到的盲元點(diǎn)坐標(biāo)，i＝1,2,3...M；

(4)分別用行均值替代低溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像、高溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像里的盲元點(diǎn)，進(jìn)而得到盲元點(diǎn)被替代后的新低溫、新高溫圖像中各行各個(gè)像元的灰度值均值，并記為計(jì)算新低溫圖像所有像元的灰度值均值新高溫圖像所有像元的灰度值均值所述的行均值為被替代盲元點(diǎn)所在行中所有像元灰度值的均值；

(5)計(jì)算第i行第j個(gè)像元的校正系數(shù)G_j、O_j為

其中，為高溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像中第i行第j個(gè)像元的灰度值均值，為低溫定標(biāo)后產(chǎn)生圖像中第i行第j個(gè)像元的灰度值均值；

遍歷所有行、列的所有像元，得到各個(gè)像元的校正系數(shù)；

(6)使用步驟(5)得到的校正系數(shù)對(duì)紅外相機(jī)輸出的原始圖像進(jìn)行校正。

所述的步驟(1)中步驟(2)中的計(jì)算方法為

其中，為進(jìn)行低溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中第i行、第j列像元的灰度值，i＝1,2,3,...,M，j為正整數(shù)；

其中，為進(jìn)行高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中第i行、第j列像元的灰度值，i＝1,2,3,...,M，j為正整數(shù)。

所述的步驟(1)中的計(jì)算方法為

其中，i的初值為P+1，j為低溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中像元列號(hào)，N為低溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中像元列數(shù)，1<＝i<＝M，1<＝j(luò)<＝N，V′_(i-1,j)為計(jì)算低溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中前i-1行，第j列像元灰度值均值，V_(i,j)為低溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中第i行，第j列像元灰度值原始值，V′_(i,j)為計(jì)算低溫定標(biāo)得到的M行圖像數(shù)據(jù)中前i行，第j列像元灰度值均值；

i＝i+1，直至i＝M得到V′_(M,j)作為

所述步驟(2)中的計(jì)算方法為

其中，i的初值為P+1，V′_(P,j)＝V_(P,j)，j為高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中像元列號(hào)，N為高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中像元列數(shù)，1<＝i<＝M，1<＝j(luò)<＝N，V′_(i-1,j)為計(jì)算高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中前i-1行，第j列像元灰度值均值，V_(i,j)為高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中第i行，第j列像元灰度值原始值，V′_(i,j)為計(jì)算高溫定標(biāo)得到M行圖像數(shù)據(jù)中前i行，第j列像元灰度值均值；

i＝i+1，直至i＝M得到V′_(M,j)作為

所述的用判斷盲元點(diǎn)的方法是：當(dāng)小于或者大于則第j個(gè)像元為盲元點(diǎn)。

所述的步驟(1)、步驟(2)中M的選取范圍為M>＝256。

所述的步驟(1)(2)中P的選取范圍為P>＝200。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明通過實(shí)時(shí)黑體定標(biāo)計(jì)算校正系數(shù)，得到當(dāng)前環(huán)境下的最優(yōu)系數(shù)完成校正，與現(xiàn)有技術(shù)相比校正偏差小，非均勻性校正效果更好；

(2)本發(fā)明通過實(shí)時(shí)黑體定標(biāo)計(jì)算校正系數(shù)，得到的實(shí)時(shí)校正系數(shù)適用范圍更廣，與現(xiàn)有技術(shù)相比更適用于復(fù)雜的太空環(huán)境；

(3)本發(fā)明采用迭代法對(duì)每個(gè)像元計(jì)算多行均值，內(nèi)部需要的存儲(chǔ)空間相比直接計(jì)算縮小了1/M，計(jì)算過程比較簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比特別適用于有些內(nèi)部存儲(chǔ)空間比較緊張時(shí)的應(yīng)用；

(4)本發(fā)明在計(jì)算所有像元的均值之前進(jìn)行盲元替代，避免了過大或者過小的盲元點(diǎn)數(shù)值的對(duì)校正期望值的影響，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了校正的準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法中積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)的原始圖像；

圖2為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用現(xiàn)有方法校正后的圖像；

圖3為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用本發(fā)明的方法校正后的圖像；

圖4為本發(fā)明方法中積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)的原始圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)；

圖5為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用現(xiàn)有方法校正后的圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)；

圖6為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用本發(fā)明方法校正后的圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)；

圖7為本發(fā)明一種長(zhǎng)波線陣紅外相機(jī)星上非均勻性實(shí)時(shí)校正方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式做進(jìn)一步介紹。

如圖7所示為本發(fā)明方法的操作步驟，主要包括兩部分：計(jì)算系數(shù)和校正運(yùn)算，計(jì)算系數(shù)的詳細(xì)操作步驟如下：

(1)發(fā)送低溫定標(biāo)指令，控制黑體運(yùn)動(dòng)，直到紅外相機(jī)與黑體的中央?yún)^(qū)域?qū)?zhǔn)時(shí)停止，此時(shí)黑體輻射充滿紅外相機(jī)的整個(gè)視場(chǎng)，并均勻照射在紅外相機(jī)上。待圖像數(shù)據(jù)穩(wěn)定后(發(fā)送指令后P行)，將M行圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器A中，并對(duì)M行每個(gè)像元計(jì)算均值數(shù)據(jù)及所有像元的均值具體的計(jì)算均值數(shù)據(jù)方法有兩種，方法一是對(duì)每個(gè)像元直接計(jì)算其中i為穩(wěn)定后存儲(chǔ)的行號(hào)，1<＝i<＝M。將第i行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，等待第i+1行數(shù)據(jù)來臨時(shí)，對(duì)每個(gè)像元值分別進(jìn)行累加，得到的結(jié)果再存入內(nèi)部存儲(chǔ)器中，直到統(tǒng)計(jì)到第M行數(shù)據(jù)。計(jì)算得到的結(jié)果再除以存儲(chǔ)行數(shù)M，即可得到低溫均值數(shù)據(jù)和高溫均值數(shù)據(jù)對(duì)和計(jì)算一行所有像元的累加平均值，即可得到和方法二是采用迭代計(jì)算法，對(duì)每個(gè)像元分別計(jì)算，

其中i為穩(wěn)定后存儲(chǔ)的行號(hào)，j為像元列號(hào)，1<＝i<＝M，1<＝j(luò)<＝N，V′_(i-1,j)為上一次計(jì)算得到的前i-1行，第j列均值，V_(i,j)為第i行，第j列原始數(shù)據(jù)值，V′_(i,j)為計(jì)算得到的前i行，第j列均值，迭代進(jìn)入下一次的計(jì)算。當(dāng)i＝M時(shí)，計(jì)算結(jié)束，此時(shí)的V′_(M,j)即為計(jì)算得到的第j個(gè)像元的均值。設(shè)每一行的像元個(gè)數(shù)為N，像元采用14bit表示，方法一需要內(nèi)部存儲(chǔ)器的大小至少為M×N×2¹⁴，而方法二需要內(nèi)部存儲(chǔ)器的大小至少為N×2¹⁴，可見方法2需要的存儲(chǔ)空間，相比方法1大約減小了1/M。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)項(xiàng)目硬件存儲(chǔ)資源的大小來選擇使用方法一或者方法二。

(2)發(fā)送高溫定標(biāo)指令，待圖像數(shù)據(jù)穩(wěn)定后(發(fā)送指令后P行)，將M行圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器B中，并對(duì)M行每個(gè)像元計(jì)算均值數(shù)據(jù)及所有像元的均值

(3)計(jì)算高低溫均值數(shù)據(jù)的差值和差值的平均值從內(nèi)部存儲(chǔ)器A和B中讀取出均值數(shù)據(jù)和計(jì)算兩者的差值，將差值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器C中，接著計(jì)算差值數(shù)據(jù)的均值利用差值和差值平均值，可以判斷盲元點(diǎn)，將盲元點(diǎn)坐標(biāo)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器D中。盲元點(diǎn)判斷方法是：若高低溫均值數(shù)據(jù)的差值小于或者大于時(shí)可以認(rèn)定第j個(gè)像元為盲元點(diǎn)。

(4)分別對(duì)存儲(chǔ)的低溫、高溫、高低溫差值圖像里的盲元點(diǎn)用行均值來作盲元替代，并計(jì)算盲元替代后的低溫、高溫、高低溫差值圖像數(shù)據(jù)的均值。具體是從內(nèi)部存儲(chǔ)器D中讀取出盲元坐標(biāo)，當(dāng)時(shí)鐘運(yùn)行到盲元點(diǎn)時(shí)，使用行均值替代原有的盲元點(diǎn)數(shù)值。接著計(jì)算盲元替代后的新的低溫、高溫、高低溫差值圖像數(shù)據(jù)和均值

(5)使用盲元替代后的新的低溫、高溫、高低溫差值圖像數(shù)據(jù)的均值，利用公式和計(jì)算校正系數(shù)G_j、O_j。

校正運(yùn)算主要有兩種運(yùn)算：加法和乘法。若使用FPGA來實(shí)現(xiàn)，為了便于硬件實(shí)現(xiàn)，在滿足精度的情況下，將校正系數(shù)歸一化為定點(diǎn)數(shù)，以便采用定點(diǎn)加法器和定點(diǎn)乘法器?？紤]到FPGA里只能進(jìn)行有限長(zhǎng)度的定點(diǎn)整數(shù)運(yùn)算，因此G_j，O_j都必須是整數(shù)，同時(shí)為保證計(jì)算精度，那么就需要先對(duì)系數(shù)G_j，O_j進(jìn)行放大，計(jì)算完后再將其還原，可利用右移運(yùn)算代替除法運(yùn)算。在完成Y＝G_jX+O_j計(jì)算時(shí)，需要注意的是O_j是帶有符號(hào)的數(shù)據(jù)，可以在O_j的最高位設(shè)置為符號(hào)位，完成加法或減法的運(yùn)算。最后還需要對(duì)計(jì)算完的結(jié)果進(jìn)行防溢出處理，即出現(xiàn)上溢時(shí)(Y>2^m-1，m為圖像數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)位)，將結(jié)果置為2^m-1，出現(xiàn)下溢出時(shí)，將結(jié)果置為0。

實(shí)施例

在相同的工作狀態(tài)下(積分時(shí)間0.16ms,增益1)，改變黑體溫度，測(cè)試計(jì)算校正前、現(xiàn)有校正方法校正后和使用本發(fā)明方法校正后圖像非均勻性殘余量。測(cè)試結(jié)果如表1所示，使用現(xiàn)有方法進(jìn)行校正，非均勻性殘余量有所降低，但仍然在百分之幾的數(shù)量級(jí)，但使用本發(fā)明的方法進(jìn)行校正后，非均勻性殘余量得到明顯降低，達(dá)到萬分之幾的數(shù)量級(jí)，校正效果非常明顯。

附圖1為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)的原始圖像，圖2為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用現(xiàn)有方法校正后的圖像，圖3為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用本發(fā)明的方法校正后的圖像，三幅圖片的對(duì)比中可以看出，原始圖像非均勻性很差，豎紋非常明顯，且呈現(xiàn)中間像元灰度值大，兩邊像元灰度值小，使用現(xiàn)有校正方法后，圖像非均勻性有一定的改善，像元灰度值分布相比更均勻，但豎紋依然比較明顯。而使用本發(fā)明方法進(jìn)行校正后，圖像非均勻性得到明顯的改善，豎紋有明顯減少。附圖4為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)的原始圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)，附圖5為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用現(xiàn)有方法校正后的圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)，附圖6為積分時(shí)間0.16ms，黑體溫度35℃下相機(jī)使用本發(fā)明的方法校正后的圖像數(shù)據(jù)響應(yīng)，三幅圖片的對(duì)比中可以看出原始圖像中間段像元灰度值大，兩端灰度值較小，經(jīng)過現(xiàn)有方法校正后，中間段和前段數(shù)據(jù)比較平滑，但尾段數(shù)據(jù)灰度值變大，非均勻性得到提高，但仍然不是十分理想，但經(jīng)過本發(fā)明的校正方法后，數(shù)據(jù)整體都很平滑，非均勻殘余很少。

綜合以上分析，可知使用本發(fā)明的校正方法后，非均勻殘余最少，較校正前降低了2個(gè)數(shù)量級(jí)，校正后圖像顯示效果最優(yōu)。

表1

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。