本發(fā)明涉及一種針對像素間的空間非均勻性的復(fù)合矯正方法，屬于半導(dǎo)體。

背景技術(shù)：

1、在數(shù)字圖像處理和計算機視覺領(lǐng)域，傳感器設(shè)備(如相機)在捕捉圖像時，常常會因為硬件制造誤差、傳感器噪聲、光學(xué)失真等因素，導(dǎo)致不同像素之間的響應(yīng)不一致。這種像素間不一致性會導(dǎo)致圖像出現(xiàn)條帶噪聲、固定模式噪聲(fixed?pattern?noise，fpn)，引起圖像質(zhì)量下降，特別是在精細圖像處理任務(wù)中，如高精度成像、醫(yī)學(xué)圖像處理、遙感成像等。

2、光敏探測器成像芯片從像素之間存在差別的具體特性參數(shù)的種類而言，非均勻性通常表現(xiàn)為以下兩種：dsnu(dark?signal?nonuniformity)，即無光狀態(tài)下各像素的暗電流不同導(dǎo)致成像得到的灰度值的不一致，對應(yīng)光響應(yīng)式中的截距項；prnu(photo?responsenonuniformity)，即相同光照條件下各像素對光的響應(yīng)度的不一致，對應(yīng)光響應(yīng)式的斜率項。

3、針對上述提到的固定模式噪聲fpn，其在圖像傳感器的各個像素中呈現(xiàn)出固定的空間模式，比如固定位置的亮度或顏色偏差。目前通常采用的矯正此空間非均勻性產(chǎn)生的fpn的常用方法有黑場矯正和兩點均場矯正。其中黑場矯正雖然操作便捷，只需要采集一次暗場圖片相減即可，但只能解決像素間初始灰度值不一致性的問題；兩點均場矯正通過兩張基準(zhǔn)圖像確定每個像素的增益和偏移量，繼而對各像素的增益和偏移量進行校正，該方法可以同時矯正dsnu和prnu，但光敏探測器的光響應(yīng)曲線并不是很嚴格的線性曲線，無法處理在接近滿阱情況時非線性的情況。

4、公開號為cn102938409a的中國發(fā)明專利中提出了一種復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器，該探測器的特點是單個半導(dǎo)體器件即可實現(xiàn)完整的復(fù)位、感光以及讀出的功能，構(gòu)成一個完整的像素，可以極大地提高像素的填充因子。這種復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器因其結(jié)構(gòu)中存在兩個光電子存儲節(jié)點，因此具有更多的滿阱電荷，而現(xiàn)有的非均勻性矯正方法無法處理接近滿阱情況時非線性的情況，因此在該探測器上像素間的不一致性導(dǎo)致的問題會更加明顯。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決目前存在的問題，本發(fā)明提供了一種針對復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的像素間的空間非均勻性的復(fù)合矯正方法，包括：

2、步驟s1，采用分段擬合的方式擬合出每個像素的光響應(yīng)曲線模型；

3、步驟s2，根據(jù)光響應(yīng)曲線模型數(shù)據(jù)，采用多點均場矯正方法矯正由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的數(shù)據(jù)；

4、步驟s3，判斷采用多點均場矯正方法矯正后的數(shù)據(jù)對應(yīng)的固定圖形噪聲是否超過預(yù)設(shè)的dn閾值；

5、步驟s4，若矯正后的數(shù)據(jù)對應(yīng)的固定圖形噪聲仍然超過預(yù)設(shè)dn閾值，則進一步采用單點均場矯正方法進行矯正。

6、可選的，所述步驟s1為采用三段式擬合的方式擬合出每個像素的光響應(yīng)曲線模型，包括：

7、步驟s1.1，設(shè)定積分時間，使用均勻光照射在各探測器表面，控制光強從0逐步增加到恰好使得探測器滿阱的值，每個光強點采集m張圖片；

8、步驟s1.2，基于步驟s1.1采集的圖片，生成每個光強點的平均后數(shù)據(jù)；

9、步驟s1.3，以光強為0對應(yīng)的數(shù)據(jù)為暗場數(shù)據(jù)，其他光強點的數(shù)據(jù)減去暗場數(shù)據(jù)生成純光響應(yīng)數(shù)據(jù)；

10、步驟s1.4，基于純光響應(yīng)數(shù)據(jù)進行三段式擬合光響應(yīng)曲線，確定各段的斜率和截距，進而根據(jù)各段曲線斜率和截距得到一次擬合后的光響應(yīng)曲線。

11、可選的，所述步驟s1.4進行三段式擬合光響應(yīng)曲線時基本線性光響應(yīng)曲線公式為：

12、

13、其中，m1，m2，m3分別為三段的斜率，b1，b2，b3分別為三段的截距，photon1，photon2為三段間的交點的橫坐標(biāo)；photon表示光強值，dn表示像素值。

14、可選的，所述步驟s1.4進行三段式擬合光響應(yīng)曲線時，針對每個像素，根據(jù)以下條件進行擬合：

15、使最小

16、使最小

17、使最小

18、其中，dni表示第i個光強對應(yīng)的像素值，photoni表示第i個光強值。

19、可選的，所述步驟s2根據(jù)光響應(yīng)曲線模型數(shù)據(jù)，采用多點均場矯正方法矯正由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的數(shù)據(jù)，包括：

20、步驟s2.1，獲取復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的需矯正的圖像數(shù)據(jù)，并減去相同積分時間的實拍的暗場圖像數(shù)據(jù)，得到純光響應(yīng)數(shù)據(jù)；

21、步驟s2.2，確定每個像素在一次擬合后的光響應(yīng)曲線上所處位置，根據(jù)其所處位置進行矯正，矯正后的dn值記為dncorrect，計算方式如下：

22、

23、dncorrect＝k*photon

24、其中，dndata為任一像素dn值，任一像素在一次擬合后的光響應(yīng)曲線上所處位置對應(yīng)的斜率記為m，截距記為b；m為m1、m2、m3中的任一值，b為b1、b2、b3中的任一值；meandata_dn為待矯正圖片的dn值均值，meanphoton為待矯正圖片中每個像素的dn值通過光響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)化為photon值的均值。

25、可選的，所述步驟s4包括：

26、若矯正后的數(shù)據(jù)對應(yīng)的固定圖形噪聲仍然超過預(yù)設(shè)dn閾值，則在一次擬合后的光響應(yīng)曲線上找到與之dn值相距最近的dn值點，為dnmodel，矯正后的dn值dncorrect具體計算如下：

27、dncorrect＝meanmodel-(dnmodel-dndata)

28、其中，meanmodel表示所選dn值點的圖像的dn值均值。

29、可選的，所述預(yù)設(shè)dn閾值為經(jīng)驗值。

30、本發(fā)明有益效果是：

31、本發(fā)明針對于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列，設(shè)計出一種復(fù)合矯正方法來解決其空間非均勻性的問題，根據(jù)其特性分段擬合出每個像素的光響應(yīng)曲線模型，根據(jù)光響應(yīng)曲線模型數(shù)據(jù)，采用多點均場矯正的方法矯正由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的數(shù)據(jù)，并且針對于異常情況采用單點矯正方法。該方案不僅可以良好地矯正drnu，還可以良好地矯正prnu，同時可以解決復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的光響應(yīng)曲線中微光成像和接近滿阱時非線性的問題，進一步的，還可以根據(jù)探測器自身的緩存能力，減少或提高擬合的段數(shù)以及是否拋棄異常情況。

技術(shù)特征：

1.一種針對像素間的空間非均勻性的復(fù)合矯正方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列中，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟s1為采用三段式擬合的方式擬合出每個像素的光響應(yīng)曲線模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s1.4進行三段式擬合光響應(yīng)曲線時基本線性光響應(yīng)曲線公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟s1.4進行三段式擬合光響應(yīng)曲線時，針對每個像素，根據(jù)以下條件進行擬合：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟s2根據(jù)光響應(yīng)曲線模型數(shù)據(jù)，采用多點均場矯正方法矯正由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的數(shù)據(jù)，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟s4包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)dn閾值為經(jīng)驗值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種針對像素間的空間非均勻性的復(fù)合矯正方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述方法應(yīng)用于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列中，根據(jù)復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器特性分段擬合出每個像素的光響應(yīng)曲線模型，根據(jù)光響應(yīng)曲線模型數(shù)據(jù)，采用多點均場矯正的方法矯正由復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器組成的像素陣列采集的數(shù)據(jù)，并且針對于異常情況采用單點矯正方法進行矯正；該方案不僅可以良好地矯正DRNU，還可以良好地矯正PRNU，同時可以解決復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的光響應(yīng)曲線中微光成像和接近滿阱時非線性的問題，進一步的，還可以根據(jù)探測器自身的緩存能力，減少或提高擬合的段數(shù)以及是否拋棄異常情況。

技術(shù)研發(fā)人員：李張南,劉鑫,沈凡翔,王凱,顧郅揚,王允中,余蘇霖,李鑄軒
受保護的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9