CN120125480A 红外镜头成像缺陷修复方法、装置及其可读存储介质 （浙江兆晟科技股份有限公司）

(19)国家知识产权局(10)申请公布号CN120125480A(71)申请人浙江兆晟科技股份有限公司道五常大道181号1幢3#(74)专利代理机构杭州汇和信专利代理有限公司33475HO4N23/20(2023.01)HO4N23/95(2023.01)(54)发明名称红外镜头成像缺陷修复方法、装置及其可读存储介质本发明提出了一种红外镜头成像缺陷修复像干扰起始与最严重时的焦距位置，获取对应图像数据，算出焦距总差和图像畸变差；接着实时获取当前焦距位置并算实时位置差；依据线性映射关系，由实时位置差、总差、畸变差算出补偿于焦距实时位置差与总差的比例对应畸变差，针辐射场景由黑体辐射源或均匀漫反射板构建，时序重构涉及缓存与帧同步处理。本发明凭借软件S1、获取镜头缺陷焦距S2、获取设备图像数据21.一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，包括以下步骤：将设备对准均匀辐射场景，记录镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置；在两个所述焦距位置下，分别记录对应的图像数据；计算镜头成像干扰最严重时的焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头缺陷焦距位置总差，计算成像干扰最严重时的图像数据与成像干扰开始显现时的图像数据的差值，得到图像畸变总差，并存储所述镜头缺陷焦距位置总差和图像畸变总差；实时获取镜头成像干扰开始显现后的当前焦距位置；计算当前焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头焦距实时位置实时获取设备输出的原始图像数据，经时序重构得到输入图像数据；根据所述镜头缺陷焦距位置总差、图像畸变总差和镜头焦距实时位置差，按照线性映射关系计算畸变图像数据实时补偿值；将所述实时补偿值作用于所述输入图像数据，得到补偿后的图像数据。2.如权利要求1所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S1步骤中，通过电位器或AD芯片获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置。3.如权利要求1所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S8步骤中，若镜头缺陷为远焦缺陷，则将所述实时补偿值与输入图像数据相加；若为近焦缺陷，则将所述实时补偿值与输入图像数据相减。4.如权利要求1所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S6步骤中，所述时序重构包括对原始图像数据进行缓存处理和帧同步处理。5.如权利要求1所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S1步骤中，所述均匀辐射场景为黑体辐射源或均匀漫反射板构成的场景。6.如权利要求5所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S1步骤中，所述镜头成像干扰开始显现的判定条件为：图像中出现可检测的光斑或鬼影畸变，且其像素值偏差超过预设阈值。7.如权利要求1-6任一项所述的一种红外镜头成像缺陷修复方法，其特征在于，S7步骤中，所述线性映射关系为：将镜头焦距实时位置差与镜头缺陷焦距位置总差的比例，映射到焦距标定模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距3位置；实时获取镜头成像干扰开始显现后的当前焦距位置；实时获取设备输出的原始图像数据，经时序重构得到输入图像数据；图像采集模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置对应的图像数据；数据处理模块，用于计算镜头成像干扰最严重时的焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头缺陷焦距位置总差，计算成像干扰最严重时的图像数据与成像干扰开始显现时的图像数据的差值，得到图像畸变总差，并存储镜头缺陷焦距位置总差和图像畸变总差；计算当前焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头焦距实时位置差；根据镜头缺陷焦距位置总差、图像畸变总差和镜头焦距实时位置差，按照线性映射关系计算畸变图像数据实时补偿值；实时补偿模块，将实时补偿值作用于输入图像数据，得到补偿后的图像数据。9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至7任一项所述的红外镜头成像缺陷修复方法。10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括根据权利要求1至7任一项所述的红外镜头成像缺陷修复方法。4红外镜头成像缺陷修复方法、装置及其可读存储介质技术领域[0001]本发明涉及红外视频/图像信息处理技术领域，特别是一种涉及红外镜头成像缺陷修复方法、装置及其可读存储介质，适用于各背景技术[0002]在现代红外成像设备中，由于光学镜头设计或加工工艺的限制，实际应用中常会(如图1所示)。这些成像缺陷会严重影响图像质量，尤其是在镜头焦距处于近焦或远焦位置时，不同焦距位置会产生不同程度的成像干扰(如图2(b)~图2(d)所示)。为解决这一问题，传统方法通常是重新设计和加工镜头，但这种方法会导致项目成本急剧增加，并对企业的[0003]此外，随着红外成像技术的广泛应用，市场对低成本、高效能的成像设备需求日益增长。因此，如何在不改变硬件的前提下，通过软件手段有效降低乃至消除镜头成像缺陷的发明内容[0004]本发明实施例提供了一种红外镜头成像缺陷修复方法、装置及其可读存储介质，针对目前技术存在的在解决镜头成像缺陷时，通常依赖重新设计和加工镜头，这不仅成本高昂，还会延长项目周期，难以满足快速迭代和低成本的需求等问题。[0005]本发明核心技术主要是通过建立镜头焦距位置与图像畸变梯度的线性数学关系，实时获取焦距位置信息并计算补偿值，对红外图像数据进行动态补偿，无需硬件修改即可消除镜头设计缺陷导致的成像干扰。[0006]第一方面，本发明提供了一种红外镜头成像缺陷修复方法，所述方法包括以下步将设备对准均匀辐射场景，记录镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置；在两个焦距位置下，分别记录对应的图像数据；计算镜头成像干扰最严重时的焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头缺陷焦距位置总差，计算成像干扰最严重时的图像数据与成像干扰开始显现时的图像数据的差值，得到图像畸变总差，并存储镜头缺陷焦距位置总差和图像畸变总差；实时获取镜头成像干扰开始显现后的当前焦距位置；5计算当前焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头焦距实时位置差；实时获取设备输出的原始图像数据，经时序重构得到输入图像数据；根据镜头缺陷焦距位置总差、图像畸变总差和镜头焦距实时位置差，按照线性映射关系计算畸变图像数据实时补偿值；将实时补偿值作用于输入图像数据，得到补偿后的图像数据。[0007]进一步地，S1步骤中，通过电位器或AD芯片获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置。[0008]进一步地，S8步骤中，若镜头缺陷为远焦缺陷，则将实时补偿值与输入图像数据相加；若为近焦缺陷，则将实时补偿值与输入图像数据相减。[0009]进一步地，S6步骤中，时序重构包括对原始图像数据进行缓存处理和帧同步处理。[0010]进一步地，S1步骤中，均匀辐射场景为黑体辐射源或均匀漫反射板构成的场景。[0011]进一步地，S1步骤中，镜头成像干扰开始显现的判定条件为：图像中出现可检测的光斑或鬼影畸变，且其像素值偏差超过预设阈值。[0012]进一步地，S7步骤中，线性映射关系为：将镜头焦距实时位置差与镜头缺陷焦距位置总差的比例，映射到图像畸变总差，得到焦距标定模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置；实时获取镜头成像干扰开始显现后的当前焦距位置；实时获取设备输出的原始图像数据，经时序重构得到输入图像数据；图像采集模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置对应的图像数据；数据处理模块，用于计算镜头成像干扰最严重时的焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头缺陷焦距位置总差，计算成像干扰最严重时的图像数据与成像干扰开始显现时的图像数据的差值，得到图像畸变总差，并存储镜头缺陷焦距位置总差和图像畸变总差；计算当前焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头焦距实时位置差；根据镜头缺陷焦距位置总差、图像畸变总差和镜头焦距实时位置差，按照线性映射关系计算畸变图像数据实时补偿值；实时补偿模块，将实时补偿值作用于输入图像数据，得到补偿后的图像数据。[0014]第三方面，本发明提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的红外镜头成像缺陷修复方法。[0015]第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的红外镜头成像缺陷修复方法。[0016]本发明的主要贡献和创新点如下：1.成本与周期优势：6无需对存在设计缺陷的光学镜头进行重新设计、加工和调试，通过软件算法直接实现成像缺陷补偿，避免了传统硬件改进方案带来的高额成本与漫长研制周期，有效降低基于镜头焦距位置与图像畸变梯度的线性数学关系，实时获取焦距位置并计算补偿值，能够动态适应镜头焦距变化，对近焦或远焦位置的成像干扰进行实时修正，确保不同焦距下的图像质量均得到有效改善。通过简化计算模型(线性映射关系)将复杂畸变问题转化为可量化的数学运算，无需依赖高精度硬件或复杂算法，便于在各类成像设备中快速集成，显著提升方案的工程实用性和可操作性。适用于大口径红外镜头等各类成像设备，可通过标定不同缺陷类型(近焦/远焦)的焦距位置及对应图像数据，灵活调整补偿策略(加法/减法),覆盖多种成像畸变场景，具有广泛的应用范围。需硬件改动即可显著提升红外成像设备的输出质量，为后续图像分析、识别等应用提供更可靠的数据基础。[0021]综上，本发明突破了传统依赖硬件改进的局限，通过软件实时补偿构建了低成本、高效且普适的成像缺陷修复方案，为镜头成像问题提供了全新的工程解决思路。[0022]本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他附图说明[0023]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为对着均匀面时，镜头设计缺陷干扰成像效果的典型效果图。[0024]图2为本发明中，镜头设计缺陷干扰成像效果对比图，其中图2(a)为无缺陷镜头成图3为本发明中常见的镜头缺陷统计分析结果图，其中图3(a)、图3(b)为近焦缺陷图4是根据本发明实施例的红外镜头成像缺陷修复方法流程图；图5为根据本发明实施例的电子装置的硬件结构示意图。具体实施方式[0025]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书一个或多个实施例相一致的所有实施方式。相7反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书一个或多个实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。[0026]需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。[0027]下面以图3(d)所示的典型远焦缺陷情况作为具体实施例，对本发明技术方案做进一步说明。[0028]实施例一本发明旨在提出红外镜头成像缺陷修复方法，通过数学建模与实时补偿，以低成本、高动态性的软件方案替代传统硬件改进，在保证成像质量的同时大幅节省企业资源，为光学镜头缺陷修复提供了创新性工程思路。[0029]具体地，本发明实施例提供了一种红外镜头成像缺陷修复方法，可具体地，参考图4,所述方法包括以下步骤：S1、获取镜头缺陷焦距位置信息：将设备对准均匀辐射场景，记录成像干扰开始显现以及干扰最严重时，镜头焦距分别所处位置信息Ss和S。;具体实施过程如下：将设备对准均匀辐射场景，设备上电后，控制镜头满量程调整焦距，镜头成像干扰开始显现和干扰最严重时，通过电位器获取镜头在对应情况下，焦距所处的位置信息S,和S。,并记录下来。例如镜头配备电位器(分辨率0.1mm)反馈焦距位置，图像传感器为320×240像素红外焦平面阵列，均匀辐射场景采用300K黑体源。开始显现判定：通过图像检测算法识别像素值异常区域，当图像中出现局部亮度偏差超过预设阈值(如全局均值的5%)的光斑或鬼影，且连续3帧稳定出现时，判定为干扰开始显现。最严重判定：随着焦距变化，当图像中畸变区域的像素值偏差达到峰值(如超过全局均值的20%)或覆盖面积最大时，判定为干扰最严重状态。[0031]S2、获取设备图像数据畸变信息：将设备对准均匀辐射场景，记录成像干扰开始显现时(即焦距在S位置)的图像数据ImageData_Start和干扰最严重时(即焦距在S位置)的图像数据ImageData_End;具体实施过程如下：将设备对准均匀辐射场景，设备上电后，控制镜头满量程调整焦距，在成像干扰开始显示和最严重时，获取对应情况下的整帧图像数据ImageData_Start和ImageData_End,并记录[0032]例如焦距从近到远扫描，当电位器读数为S时，图像边缘首次出现光斑(像素值偏差>10%);继续扫描至S时，光斑覆盖面积最大(像素值偏差>30%),记录对应图像ImageData_Start和ImageData_End。[0033]S3、获取总的信息差：获取并存储镜头总的缺陷焦距位置信息差△Sa和对应总的8图像畸变信息差△mageData;具体实施过程如下：通过将成像干扰最严重时镜头焦距所在位置S。和成像干扰刚开始显现时镜头焦距所在位置S进行减法运算，△S=S-S;通过将成像干扰最严重时的图像数据ImageData_End和成像干扰刚开始显现时的图像数据ImageData_Start整帧进行△mageData分别代表镜头总的缺陷焦距位置信息差和对应总的图像畸变信息差。[0034]S4、获取镜头焦距实时位置信息：实时获取镜头成像干扰开始显现后的焦距位置信息S,;具体实施过程如下：在设备正常使用过程中，当镜头焦距位置位于S与S之间时，镜头的设计缺陷就会对正常成像产生干扰，通过电位器实时读取此时镜头焦距所在的位置信息S,。[0035]S5、获取镜头焦距实时位置信息差：实时获取镜头成像干扰开始显现后的焦距位置信息差△Sreal;具体实施过程如下：在设备正常使用过程中，将实时获取的成像干扰开始显现后的焦距位置信息与成像干扰刚开始显现时的焦距位置信息进行减法运算，△Sreau=S,-Ss,计算得到的△Srea代表镜头焦距实时位置信息差。[0036]S6、获取设备实时图像数据：实时获取设备输出的原始图像数据，时序重构得到新的输入图像数据ImageData_In;具体实施过程如下：实时获取设备输出的原始图像数据，通过缓存处理进行时序重构，得到新的输入图像数据ImageData_In。[0037]在本实施例中，“时序重构”指对实时采集的原始图像数据进行时间序列处理，具体包括：缓存处理：通过FIFO(先进先出)缓存器存储连续多行图像数据，避免因数据传输延迟导致的错位问题；帧同步处理：基于成像设备的同步信号(如VSYNC、HSYNC)对缓存的图像数据进行时间戳标记，确保输入图像数据ImageData_In与后续计算得到的畸变图像数据实时补偿值NData严格同步，避免补偿错位。[0038]S7、获取实时补偿值：利用实时获取的焦距位置信息差△Seal,结合存储的镜头总的缺陷焦距位置信息差△Sa和总的图像畸变信息差△mageData,获取畸变图像数据实时补偿值NData;镜头总的缺陷焦距位置信息差△Sa和总的图像畸变信息差△mageData,通过数学计算(线9性映射),获取畸变图像数据实时补偿值DData,梯度与焦距位置呈近似线性关系(如图3所示),因此采用线性插值模型：[0041]适用范围：当镜头缺陷导致的畸变在缺陷焦距范围内呈单调变化时(如近焦缺陷ImageData_Out=△Data+ImageDa所示，补偿的具体方式可以通过统计分析图像数据畸变量与镜头焦距位置的相关关系决△Sraa=S,-S,典型情况如图3(c)和图3(d)所示，也可以是△Sa=S₅-S,△Sra₂=S₅-S或采用漫反射率均匀的白板(如硫酸钡漫反射板)[0049]3.焦距位置：镜头对焦时的物理位置参数，可通过电位器(机械反馈)或AD芯片(电信号反馈)量化为数值(如0-1000刻度),反映镜头当前对焦距离(近焦/远焦)。[0050]4.近焦缺陷：镜头在短焦距(近距离对焦)时出现的成像畸变，表现为中心区域光斑或边缘模糊(如图3(a)(b))。[0051]5.远焦缺陷：镜头在长焦距(远距离对焦)时出现的成像畸变，表现为边缘光斑或中心对比度下降(如图3(c)(d))。[0052]6.时序重构：对实时图像数据进行时间序列同步和缓存处理，确保图像帧与镜头焦距位置一一对应，避免因数据处理延迟导致的补偿错位。[0053]7.黑体辐射源：一种理想化的辐射体，能完全吸收和辐射能量，其辐射光谱仅与温度相关，常用于红外设备标定的均匀辐射基准。[0054]实施例二基于相同的构思，本发明还提出了一种红外镜头成像缺陷修复装置，包括：焦距标定模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置；实时获取镜头成像干扰开始显现后的当前焦距位置；实时获取设备输出的原始图像数据，经时序重构得到输入图像数据；图像采集模块，用于获取镜头成像干扰开始显现时的焦距位置和干扰最严重时的焦距位置对应的图像数据；数据处理模块，用于计算镜头成像干扰最严重时的焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头缺陷焦距位置总差，计算成像干扰最严重时的图像数据与成像干扰开始显现时的图像数据的差值，得到图像畸变总差，并存储镜头缺陷焦距位置总差和图像畸变总差；计算当前焦距位置与成像干扰开始显现时的焦距位置的差值，得到镜头焦距实时位置差；根据镜头缺陷焦距位置总差、图像畸变总差和镜头焦距实时位置差，按照线性映射关系计算畸变图像数据实时补偿值；实时补偿模块，将实时补偿值作用于输入图像数据，得到补偿后的图像数据。本实施例还提供了一种电子装置，参考图5,包括存储器404和处理器402,该存储器404中存储有计算机程序，该处理器402被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。[0056]具体地，上述处理器402可以包括中央处理器(CPU),或者特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,简称为ASIC),或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。[0057]其中，存储器404可以包括用于数据或指令的大容量存储器404.举例来说而非限制，存储器404可包括硬盘驱动器(HardDiskDrive,简称为HDD)、软盘驱动器、固态驱动器(UniversalSerialBus,简称为USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器404可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器404可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器404是非易失性(Non-Volatile)存储器。在特定实施例中，存储器404包括只读存储器(Read-OnlyMemory,简称为ROM)和随机11(ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory,个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器(StaticRandom-AccessMemory,简称为SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory,简称为DRAM),其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器404(FastPageModeDynamicRand[0058]存储器404可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器402所执行的可能的计算机程序指令。[0059]处理器402通过读取并执行存储器404中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种红外镜头成像缺陷修复方法。[0060]可选地，上述电子装置还可以包括传输设备406以及输入输出设备408,其中，该传输设备406和上述处理器402连接，该输入输出设备408和上述处理器402连接。[0061]传输设备406可以用来经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括电子装置的通信供应商提供的有线或无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器(NetworkInterfaceController,简称为NIC),其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备406可以为射频(RadioFrequency,简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。[0062]输入输出设备408用于输入或输出信息。本实施例还提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据实施例一的红外镜头成像缺陷修复方法。[0064]需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。[0065]通常，各种实施例可以以硬件或专