红外图像非均匀形校正

红外图像非均匀形校正,金晶2015.10.29,2,目录,五、MATLAB仿真,四、死点校正（DPC）,三、单点校正（SPC）,二、两点校正（TPC）,一、非均匀性介绍,六、总结,非均匀性介绍,由于工艺问题，人们不可能将红外探测器整个像元面阵上所有的像元点的特性做到一致。红外系统成像的非均匀性是指在输入光强一致的情况下，探测器各单元输出信号的不一致性，在图像上表现为空间噪声或者固定图案噪声。非均匀性影响了红外焦平面阵列成像系统的探测灵敏度和空间分辨率。为了充分利用探测器的性能，提高系统的作用距离，必须进行非均匀性校正。假设目标温度处在一定范围内且每个像元点的特性为线性的，对每个像元点的输出进行补偿，人为地使所有像元点的最后输出在相同输入下达到一致，称为非均匀性校正。最常用的非均匀性校正方法是单点校正法和两点校正法。,3,两点校正（TwoPointsCorrection）,在一定的范围内，红外焦平面探测器的响应率可以近似为线性变化。红外图像非均匀性校正的实质就是对响应率因子和截距因子的修正。假定每个光敏元的响应是线性的=+（1）是第(,)个光敏元的输出信号，是入射到第(,)个光敏元的光能量，是响应率的增益因子，是截距因子。非均匀校正的目的就是使各敏感元对于同样的入射光产生同样的输出信号。也就是找到一组校正因子，使得对于同样的值，满足下式的一致：=()+（2）为校正后的输出，为增益校正因子，为截距校正因子。校正的目标就是使得=。,4,两点校正（TwoPointsCorrection）,两个定标点1和2，取校正后的值为各点响应的平均值，1=1=1=112=2=1=12（3）、为焦平面面阵的行列数。1=1+2=2+（4）=2121=11（5）,5,等效温度面源法两点校正,两个大面积的恒温黑体源比较难得，因而我们用一种工程实际中比较容易实现的等效面源法辅助实现两点校正。推导可知，和的值跟的取值无关，只需要知道两幅不同温度下的均匀场景图像就可以求出校正因子了。红外图像两点校正的基本算法流程如下：由式（3）分别计算出两帧不同温度图像的平均辐照度1，2；根据式（5）计算出每个光敏元的增益校正因子；根据=11，求出每个光敏元的截距校正因子；利用式（2）对每个像素点进行校正。,6,单点校正（SinglePointCorrection）,单点校正法认为，红外探测器在正常工作范围内，其第(,)个光敏元的输出信号与输入辐照度之间满足线性时不变的关系，即为线性时不变响应模型：=+（7）式中，下标代表第(,)个光敏元，为偏移系数。在基于黑体标定的校正方法中，认为是不变的。红外图像单点校正的基本算法流程如下：计算出一帧图像的平均辐照度；根据=，求出每个光敏元的偏移系数；将每个光敏元的偏移系数存入外部存储器，以后每帧图像传输来时，对图像进行校正输出。,7,死点校正（DeadPixelCorrection）,工艺问题造成一些像元失效（失效的像元是死点），或者是形成一些不活跃的像元点。不活跃的像元点的热敏感特性较差，敏感范围窄。在探测一定温度范围内的目标时，其表现与正常像元的表现相差不大；但在温度范围以外，其表现可呈现出死点的特征。死点数量的多少和工艺的控制情况有关。死点的分布没有固定的规律，它们大体上有均匀分布的，有单个或者几个并在一起的，有成线性的，也有成簇的。,8,死点的直方图标定方法,我们认为理想状况下应该都等于1，即无需进行增益校正。实际上从的频率（像素）分布直方图来看，也是主要集中在1附近。设定死点总数目为，计算出12对应的主体直方图的面积，找出最接近且小于非死点数目的，此时，小于1和大于2的增益校正因子所对应的第(,)个光敏元被判定为死点。,9,死点的相邻点替换算法,常用的死点相邻点替换方法包括前点替换法、33窗口法和55窗口法等。33窗口法和55窗口法的原理是一样的。在死点簇超过33或55的情况下，这两种方法也不能完全奏效，（可扩大窗口）。不过，在商用探测器上很难看到有大于55的死点簇，因此讨论55窗口是具有实用价值的。55窗口校正的基本方法是取死点相邻的55窗口中的24个像元点的输出，首先对其进行排列，然后或判断中值，或取排序后制定的序列值，或加权取值等。排序索引值的选择可根据情况而定。有取中值来索引的，也有随机定一个索引值的，只要拿来用于替换的那个点不是死点即可。,10,MATLAB仿真,实验输入：高低温校正16bit图像各四张（raw格式）；一张未经处理过的红外热成像原图。实验步骤：读取高低温校正数据并分别取平均，得到一幅高温校正平均图和一幅低温校正平均图，读取未经处理的红外热成像原图待用。根据高温校正平均图和低温校正平均图算出两点校正参数1和1,并对原图进行两点校正得到图像Org_TPC。根据两点校正参数1，找出死点个数以及位置。剔除死点之后再用高温校正平均图和低温校正平均图算出两点校正参数2和2，并对原图像进行两点校正，得到图像Org_TPC2。对两点校正后的图像Org_TPC2做死点替换，得到非均匀校正后的最终图像Org_TPC2_DPC。保存处理好的图像数据（raw，16bit-png/bmp/jpg等格式）。,11,MATLAB仿真,12,MATLAB仿真校正结果原图初始两点校正后的图死点标定图剔除死点后两点校正的图死点替换后的两点校正图,附图1：,13,附图2：,14,附图3：,15,总结,剔除死点之后再做两点校正的方法，排除了非正常响应的死点的