長波線陣紅外相機星上非均勻性實時校正方法與流程
2023-09-17 20:29:15
本發明涉及紅外成像技術領域，特別是一種長波線陣紅外相機星上非均勻性實時校正方法。
背景技術：
紅外探測器由於材料和工藝水平的限制，存在非均勻性問題。紅外探測器的非均勻性是指探測器各單元在均勻輻射輸入時各單元的輸出的不一致性，又稱為固有空間噪聲。這種噪聲會嚴重影響成像系統的成像質量，進而影響光電系統的總體性能，所以必須進行非均勻性校正。
另外，由於星載紅外相機系統所處的太空環境與地面之間在溫度上存在巨大差異，探測器的響應特性會發生溫度漂移，這就會使得在利用從地面獲得的定標數據對處於星載環境下的紅外成像系統進行非均勻性校正時發生偏差，校正效果不理想。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種長波線陣紅外相機星上非均勻性實時校正方法，減少通過地面定標進行非均勻性校正而導致的校正偏差，改善紅外相機的成像質量。
本發明的技術解決方案是：長波線陣紅外相機星上非均勻性實時校正方法，包括如下步驟：
(1)當進行低溫定標時，控制低溫黑體運動直到紅外相機與低溫黑體的中央區域對準，使黑體輻射光線充滿並均勻照射在紅外相機視場，在進行低溫定標後產生P行圖像數據時，將P+1行開始的M行圖像數據存儲，並計算M行圖像數據中每個像元的灰度值均值進而得到所有像元的灰度值均值P為正數，M為正數，j為像元的列號，為低溫光強；
(2)當進行高溫定標時，控制高溫黑體運動直到紅外相機與高溫黑體的中央區域對準，使黑體輻射光線充滿並均勻照射在紅外相機視場，在進行高溫定標後產生P行圖像數據時，將P+1行開始的M行圖像數據存儲，並計算M行圖像數據中每個像元的灰度值均值進而得到所有像元的灰度值均值為高溫光強；
(3)分別計算高溫定標後產生圖像中第i行第j個像元、低溫定標後產生圖像第i行第j個像元的灰度值均值的差值遍歷所有像元，進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，存儲得到的盲元點坐標，i＝1,2,3...M；
(4)分別用行均值替代低溫定標後產生圖像、高溫定標後產生圖像裡的盲元點，進而得到盲元點被替代後的新低溫、新高溫圖像中各行各個像元的灰度值均值，並記為計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所在行中所有像元灰度值的均值；
(5)計算第i行第j個像元的校正係數Gj、Oj為
其中，為高溫定標後產生圖像中第i行第j個像元的灰度值均值，為低溫定標後產生圖像中第i行第j個像元的灰度值均值；
遍歷所有行、列的所有像元，得到各個像元的校正係數；
(6)使用步驟(5)得到的校正係數對紅外相機輸出的原始圖像進行校正。
所述的步驟(1)中步驟(2)中的計算方法為
其中，為進行低溫定標得到M行圖像數據中第i行、第j列像元的灰度值，i＝1,2,3,...,M，j為正整數；
其中，為進行高溫定標得到M行圖像數據中第i行、第j列像元的灰度值，i＝1,2,3,...,M，j為正整數。
所述的步驟(1)中的計算方法為
其中，i的初值為P+1，j為低溫定標得到M行圖像數據中像元列號，N為低溫定標得到M行圖像數據中像元列數，1<＝i<＝M，1<＝j<＝N，V′(i-1,j)為計算低溫定標得到M行圖像數據中前i-1行，第j列像元灰度值均值，V(i,j)為低溫定標得到M行圖像數據中第i行，第j列像元灰度值原始值，V′(i,j)為計算低溫定標得到的M行圖像數據中前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為高溫定標得到M行圖像數據中像元列號，N為高溫定標得到M行圖像數據中像元列數，1<＝i<＝M，1<＝j＝256。
所述的步驟(1)(2)中P的選取範圍為P>＝200。
本發明與現有技術相比的優點在於：
(1)本發明通過實時黑體定標計算校正係數，得到當前環境下的最優係數完成校正，與現有技術相比校正偏差小，非均勻性校正效果更好；
(2)本發明通過實時黑體定標計算校正係數，得到的實時校正係數適用範圍更廣，與現有技術相比更適用於複雜的太空環境；
(3)本發明採用迭代法對每個像元計算多行均值，內部需要的存儲空間相比直接計算縮小了1/M，計算過程比較簡單實現，與現有技術相比特別適用於有些內部存儲空間比較緊張時的應用；
(4)本發明在計算所有像元的均值之前進行盲元替代，避免了過大或者過小的盲元點數值的對校正期望值的影響，與現有技術相比提高了校正的準確度。
附圖說明
圖1為本發明方法中積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機的原始圖像；
圖2為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用現有方法校正後的圖像；
圖3為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用本發明的方法校正後的圖像；
圖4為本發明方法中積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機的原始圖像數據響應；
圖5為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用現有方法校正後的圖像數據響應；
圖6為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用本發明方法校正後的圖像數據響應；
圖7為本發明一種長波線陣紅外相機星上非均勻性實時校正方法流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明具體實施方式做進一步介紹。
如圖7所示為本發明方法的操作步驟，主要包括兩部分：計算係數和校正運算，計算係數的詳細操作步驟如下：
(1)發送低溫定標指令，控制黑體運動，直到紅外相機與黑體的中央區域對準時停止，此時黑體輻射充滿紅外相機的整個視場，並均勻照射在紅外相機上。待圖像數據穩定後(發送指令後P行)，將M行圖像數據存儲在內部存儲器A中，並對M行每個像元計算均值數據及所有像元的均值具體的計算均值數據方法有兩種，方法一是對每個像元直接計算其中i為穩定後存儲的行號，1<＝i<＝M。將第i行數據存儲在內部存儲器中，等待第i+1行數據來臨時，對每個像元值分別進行累加，得到的結果再存入內部存儲器中，直到統計到第M行數據。計算得到的結果再除以存儲行數M，即可得到低溫均值數據和高溫均值數據對和計算一行所有像元的累加平均值，即可得到和方法二是採用迭代計算法，對每個像元分別計算，
其中i為穩定後存儲的行號，j為像元列號，1<＝i<＝M，1<＝j2m-1，m為圖像數據的有效數據位)，將結果置為2m-1，出現下溢出時，將結果置為0。
實施例
在相同的工作狀態下(積分時間0.16ms,增益1)，改變黑體溫度，測試計算校正前、現有校正方法校正後和使用本發明方法校正後圖像非均勻性殘餘量。測試結果如表1所示，使用現有方法進行校正，非均勻性殘餘量有所降低，但仍然在百分之幾的數量級，但使用本發明的方法進行校正後，非均勻性殘餘量得到明顯降低，達到萬分之幾的數量級，校正效果非常明顯。
附圖1為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機的原始圖像，圖2為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用現有方法校正後的圖像，圖3為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用本發明的方法校正後的圖像，三幅圖片的對比中可以看出，原始圖像非均勻性很差，豎紋非常明顯，且呈現中間像元灰度值大，兩邊像元灰度值小，使用現有校正方法後，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。而使用本發明方法進行校正後，圖像非均勻性得到明顯的改善，豎紋有明顯減少。附圖4為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機的原始圖像數據響應，附圖5為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用現有方法校正後的圖像數據響應，附圖6為積分時間0.16ms，黑體溫度35℃下相機使用本發明的方法校正後的圖像數據響應，三幅圖片的對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，經過現有方法校正後，中間段和前段數據比較平滑，但尾段數據灰度值變大，非均勻性得到提高，但仍然不是十分理想，但經過本發明的校正方法後，數據整體都很平滑，非均勻殘餘很少。
綜合以上分析，可知使用本發明的校正方法後，非均勻殘餘最少，較校正前降低了2個數量級，校正後圖像顯示效果最優。
表1
本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。