一種紅外焦平面陣列變積分時(shí)間下的自適應(yīng)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種紅外焦平面陣列自適應(yīng)校正方法，特別是一種紅外焦平面陣列變 積分時(shí)間下的自適應(yīng)校正方法，屬于紅外成像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 積分時(shí)間是指紅外焦平面陣列探測(cè)單元在受到外界輻射時(shí)產(chǎn)生積累電荷的時(shí)間。 對(duì)紅外焦平面陣列成像系統(tǒng)而言，輸出電壓、響應(yīng)率、噪聲和比探測(cè)率等物理參數(shù)都與積分 時(shí)間關(guān)系密切，適當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間能提升系統(tǒng)的整體性能，反之，則抑制系統(tǒng)性能。
[0003] 在凝視紅外焦平面成像系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要根據(jù)目標(biāo)紅外輻射強(qiáng)度來修 改探測(cè)器積分時(shí)間。而對(duì)圖像進(jìn)行非均勻性校正以后，即使效果良好，若改變探測(cè)器的積分 時(shí)間，由于其讀出電路、器件、放大電路的離散特性及工藝方面的差異，圖像的均勻性仍會(huì) 明顯變差。這種現(xiàn)象本質(zhì)上是由于各個(gè)探測(cè)單元輸出電路對(duì)積分時(shí)間響應(yīng)的非一致性引起 的。
[0004] 調(diào)節(jié)積分時(shí)間的應(yīng)用分為兩種，一種是積分時(shí)間為固定檔位值，另一種是積分時(shí) 間為動(dòng)態(tài)的非固定檔位值，針對(duì)第一種應(yīng)用可以在每個(gè)積分時(shí)間檔位采用現(xiàn)有工程上使用 較多且比較容易實(shí)現(xiàn)的方法---兩點(diǎn)溫度定標(biāo)法計(jì)算各自的校正系數(shù)，但這種方法對(duì)于后 一種應(yīng)用，顯然不再適用。對(duì)于第二種應(yīng)用，現(xiàn)有的方法是按照積分時(shí)間劃分區(qū)間段，每段 區(qū)間內(nèi)的積分時(shí)間點(diǎn)上的校正系數(shù)均使用區(qū)間內(nèi)某個(gè)積分時(shí)間點(diǎn)上的校正系數(shù)代替。但現(xiàn) 有方法只是通過積分時(shí)間分段校正弱化了修改積分時(shí)間對(duì)像元非均勻性的影響，但由于各 個(gè)探測(cè)單元輸出電路對(duì)積分時(shí)間響應(yīng)的非均勻性依然存在，所以校正效果不是很理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種在不同積分 時(shí)間段內(nèi)，校正系數(shù)隨著積分時(shí)間線性變化的非均勻性校正方法。由于校正系數(shù)與積分時(shí) 間是一一對(duì)應(yīng)，分離出積分時(shí)間的變化對(duì)焦平面陣列均勻性的影響。不僅使紅外圖像的均 勻性得到較大幅度提高，而且修改積分時(shí)間圖像均勻性不受影響。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案：一種紅外焦平面陣列變積分時(shí)間下的自適應(yīng)校正 方法，步驟如下：
[0007] (1)將紅外焦平面陣列通過光學(xué)系統(tǒng)與黑體對(duì)準(zhǔn)，使得黑體輻射充滿紅外焦平面 陣列的整個(gè)視場(chǎng)，并均勻照射在紅外焦平面陣列上；
[0008] ⑵將紅外焦平面陣列的積分時(shí)間設(shè)置為INT1;
[0009] (3)將黑體溫度設(shè)置為T1，測(cè)得紅外焦平面陣列探測(cè)器各單元采集到的圖像數(shù)據(jù)， 采集Q幀的圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算!\溫度下第（i，j)個(gè)探測(cè)單元采集到的平均圖像數(shù)據(jù)輸出 進(jìn)而求得所有探測(cè)單元采集到的平均圖像數(shù)據(jù)輸出
[0010] ⑷將黑體溫度設(shè)置為T2，利用步驟⑶中方法，計(jì)算1~2溫度下第（i，j)個(gè)探測(cè) 單元采集到的平均圖像數(shù)據(jù)輸出，進(jìn)而求得所有探測(cè)單元采集到的平均圖像數(shù)據(jù)輸出
[0011] (5)選取P個(gè)有效像元點(diǎn)，即P個(gè)有效探測(cè)單元，利用步驟（3)和步驟（4)中的數(shù) 據(jù)，計(jì)算每個(gè)有效像元點(diǎn)在積分時(shí)間為INT 1條件下的增益定標(biāo)系數(shù)和偏置定標(biāo)系數(shù)；
[0012] (6)修改步驟⑵中紅外焦平面陣列的積分時(shí)間，重復(fù)步驟⑶~步驟（5)，求得 每個(gè)有效像元點(diǎn)在修改后的積分時(shí)間條件下所對(duì)應(yīng)的增益定標(biāo)系數(shù)和偏置定標(biāo)系數(shù)；
[0013] (7)利用步驟(6)中的數(shù)據(jù)繪制每個(gè)有效像元點(diǎn)的增益定標(biāo)系數(shù)和偏置定標(biāo)系數(shù) 分別隨積分時(shí)間的分布圖，在分布圖中按積分時(shí)間從小到大的順序?qū)⒚總€(gè)有效像元點(diǎn)所對(duì) 應(yīng)的相鄰增益定標(biāo)系數(shù)和偏置定標(biāo)系數(shù)用直線連接，獲得每個(gè)有效像元點(diǎn)的增益定標(biāo)系數(shù) 和偏置定標(biāo)系數(shù)分別隨積分時(shí)間變化的折線圖；
[0014] (8)根據(jù)步驟（7)中折線圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)個(gè)數(shù)n，將積分時(shí)間分為n-1段區(qū)間，每段 區(qū)間內(nèi)增益定標(biāo)系數(shù)和偏置定標(biāo)系數(shù)與積分時(shí)間呈線性關(guān)系；
[0015] (9)在步驟⑶確定的每段積分時(shí)間區(qū)間內(nèi)，選取nl個(gè)積分時(shí)間點(diǎn)，使用最小二乘 法擬合得到該段積分時(shí)間區(qū)間的增益擬合系數(shù)W、S'和偏置擬合系數(shù)R"、S";
[0016] (10)利用步驟（9)得到的增益擬合系數(shù)R'、S'和偏置擬合系數(shù)R"、S"，計(jì)算 偏置校正系數(shù)和增益校正系數(shù)；
[0017] (11)利用步驟（10)中得到的偏置校正系數(shù)和增益校正系數(shù)對(duì)紅外焦平面陣列獲 得的圖像進(jìn)行校正。
[0018] 所述步驟（3)中將黑體溫度設(shè)置為T1，測(cè)得紅外焦平面陣列探測(cè)器各單元采集到 的圖像數(shù)據(jù)，采集Q幀的圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算!\溫度下第（i，j)探測(cè)單元采集到的平均圖像數(shù) 據(jù)輸出％11，具體由公式：
[0019]
[0020] 給出，其中為!\溫度下第（i，j)個(gè)探測(cè)單元采集到的第m幀圖像數(shù)據(jù)；
[0021] 進(jìn)而求得所有探測(cè)單元采集到的平均圖像數(shù)據(jù)輸出P/1;具體由公式：
[0022]
[0023] 給出，其中，M，N分別為紅外焦平面陣列的行數(shù)和列數(shù)。
[0024] 所述步驟（9)中使用最小二乘法擬合該段積分時(shí)間區(qū)間的增益擬合系數(shù)R'、S' 和偏置擬合系數(shù)R"、S";具體為：
[0025] 使用最小二乘法擬合該段積分時(shí)間區(qū)間的增益擬合系數(shù)R'、S'具體由公式：
[0026] Rr *Int1+S, =K 1
[0027] R' *Int2+S' = K2
[0028] ......
[0029] Rr *Intnl+S, =K nl
[0030] 給出，其中Int1, Int2, ···，IntnJP K η K2,... KnAv別為所選取的nl個(gè)積分時(shí)間點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間和增益定標(biāo)系數(shù)；
[0031] 使用最小二乘法擬合該段積分時(shí)間區(qū)間的偏置擬合系數(shù)R"、S"具體由公式：
[0032] R" =KIntJS" = B1
[0033] R" *Int2+S" = B2
[0034] ......
[0035] R" *Intnl+S" = Bnl
[0036] 給出，其中Int1, Int2,. . .，IntnJP B n B2,. . .，BnAv別為所選取的nl個(gè)積分時(shí)間 點(diǎn)對(duì)應(yīng)的積分時(shí)間和偏置定標(biāo)系數(shù)。
[0037] 所述步驟（10)中利用步驟（9)得到的增益擬合系數(shù)R'、S'和偏置擬合系數(shù) R"、S"，計(jì)算偏置校正系數(shù)和增益校正系數(shù)；具體由公式：使用增益校正系數(shù)和偏置校正 系數(shù)K、B，其中，K、B具體由公式：
[0038] K = Rr *Int+Sr
[0039] B = R" *Int+S"
[0040] 給出，其中，K和B分別為增益校正系數(shù)和偏置校正系數(shù)，Int為當(dāng)前積分時(shí)間，R' 和S'為增益擬合系數(shù)，R"和S"為偏置擬合系數(shù)。
[0041] 所述步驟⑶中所述Q的取值范圍為：Q> = 30。
[0042] 所述步驟（5)中P的取值范圍為：P> = 5。
[0043] 所述步驟（9)中nl大于等于3。
[0044] 本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比的有益效果是：
[0045] (1)本發(fā)明通過對(duì)不同積分時(shí)間下的兩點(diǎn)校正系數(shù)擬合計(jì)算，找出校正系數(shù)與積 分時(shí)間的線性關(guān)系，相比現(xiàn)有方法區(qū)間內(nèi)各個(gè)積分時(shí)間點(diǎn)的校正系數(shù)均用某個(gè)積分時(shí)間點(diǎn) 的校正系數(shù)代替的方法，誤差更小，校正系數(shù)與積分時(shí)間是一一對(duì)應(yīng)，完全相匹配的，這樣 分離出積分時(shí)間的變化對(duì)焦平面陣列均勻性的影響，紅外焦平面陣列均勻性得到比較大的 提尚。
[0046] (2)本發(fā)明修改積分時(shí)間時(shí)，校正系數(shù)會(huì)重新計(jì)算，且計(jì)算得到的校正系數(shù)是與當(dāng) 前積分時(shí)間相匹配的，所以圖像均勻性不受影響。而現(xiàn)有方法在區(qū)間內(nèi)修改積分時(shí)間，校 正系數(shù)始終保持不變，顯然圖像均勻性會(huì)變差。
[0047] (3)本發(fā)明通過繪制不同像元點(diǎn)擬合系數(shù)與積分時(shí)間點(diǎn)的變化關(guān)系，可以很直觀 的得到積分時(shí)間線性分段。相比現(xiàn)有的手動(dòng)分段方法，更加直觀便捷，且不容易出錯(cuò)，校正