基于参考辐射源标定的红外成像非均匀校正技术

持续外场工作环境下,红外系统成像的非均匀性会随工作时间、温度的改变而发生飘移,要维持非均匀性校正精度,定标动作需要定期重复,而标准黑体笨重不便于携带,使其不适用于现场定标应用。针对这一问题,介绍了一种基于参考辐射源进行红外图像校正的方法。该方法利用一个精确控温的小巧辐射源,可随时根据需要插入红外成像系统光路中进行非均匀性标定测试,实时修正硬件平台中存储的非均匀性校正参数,从而达到维持校正精度的目的。实验结果表明,所述的辐射源具有较高的稳定性,与环境温差在-10~10 K的范围内温度波动可以控制在0.04 K范围,使用该人工辐射源可以明显降低非均匀性随时间的恶化。     

基于积分时间的IRFPA非均匀性校正方法研究

随着红外焦平面阵列(IRFPA)的不断发展,红外成像系统的性能得到了显著的提高,但是IRFPA的非均匀性成为影响红外成像系统成像质量的制约因素,围绕IRFPA的非均匀性而开展的校正技术得到广泛关注。对基于定标非均匀校正技术的原理进行了探讨,将基于黑体定标方法和基于积分时间定标方法加以对比,提出了一种实用化的基于积分时间定标校正的实施方法,并加以验证,结果证明了该方法具有有效性,能够满足实际使用的需要。     

基于匀速扫描黑体的热像仪非均匀性校正

热像仪非均匀性校正是热像仪应用的一个关键技术,常用的方法为基于黑体的热像仪非均匀性校正方法。多次成像法能解决基于黑体的方法受辐射源非均匀影响的问题,但该方法利用多幅热图的相对关系进行校正,在热图坐标下准确定位较为困难。本文基于多次成像法原理,提出了一种基于匀速扫描黑体的非均匀性校正方法,该方法结合了标定类和配准类基于场景的校正方法的优点,通过热像仪扫描读取黑体参考源,利用热像仪不同探测单元对黑体同一场景点响应的差异进行非均匀性评价。相比多次成像法,本文的方法更容易实现且具有更好的抗噪声能力。利用本文的方法对两个热像仪进行非均匀性校正,结果表明确实可以分离黑体非均匀性,但提高了对黑体辐射源和热像仪时间稳定性的要求。     

基于U形边框黑体光阑的红外成像动态辐射定标与校正技术

针对传统的辐射定标与校正方法存在的问题,研究提出了一种基于U形边框黑体视场光阑的红外成像辐射定标与校正技术。该技术可在不遮挡中心视场的情况下完成动态非均匀校正,因为边框黑体的温度是可控的,所以在非均匀校正的基础上可以进行红外成像系统的动态辐射定标,以修正热成像系统出厂辐射定标的漂移。算法执行时,将边框黑体视场光阑分别在高、低温下伸入视场,与原始辐射定标数据进行对比,计算出辐射定标的修正参数,修正补偿原始辐射定标查找表,减小动态辐射定标器的体积和质量,并避免辐射标定时对成像视场的遮挡。设计并搭建了基于U形边框黑体光阑的实验平台,该平台上的成像实验表明:校正效果明显,辐射定标修正后的测温误差小于0.5 K。     

基于可控内定标源的星上红外遥感相机非均匀性校正方法

长时间工作或环境变化时,红外焦平面阵列器件易产生非均匀性的问题。典型的星上定标方法是将系统指向深空场景或在入瞳处引入星上面源黑体辐射。覆盖全口径的星上黑体普遍体积较大、设计复杂且成本高昂。为了解决这些难题,我们提出了一种基于可控内定标装置和星空场景的红外遥感系统星上非均匀性校正方法。该方法利用可控内定标源提供不同的靶面基准辐照度,通过计算获得不同辐射定标段的定标参数,覆盖探测器动态范围,实现不遮挡视场情况下的高动态范围非均匀性校正。通过模拟指向深空场景的在轨定标过程,并对模拟图像进行非均匀性校正,用于非均匀性校正的评价图像的非均匀性由初始的15.87%下降到1.2%以下。本方法具有快速、高效、鲁棒性强等优点且具有实时处理的前景。相比于需要引入星上面源黑体的定标方法,本系统的内定标装置结构简单、设计小型化且节省成本。     

提高凝视红外焦平面成像均匀性的校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时间。当积分时间变化后，红外图像的均匀性会明显变差。本文探索了一种将积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案。该方案不仅能使红外图像的均匀性得到较大幅度的提高，而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不会受到影响。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中,经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时 间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差。本文探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,它不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差。探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。     

提高红外图像均匀性的两级校正技术研究

凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来修改探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差.探索了一种利用积分时间校正与目前实用性较好的两点温度定标法相结合的焦平面非均匀性校正方案,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响.     

红外焦平面阵列变积分时间下的非均匀性校正

凝视红外焦平面成像系统中经常需要根据目标红外辐射强度来调节探测器积分时间,当积分时间变化后,红外图像的均匀性明显变差,本文探索了一种校正系数随着积分时间线性变化的焦平面非均匀性校正方法,克服了需要存储较多校正系数的问题,不仅使红外图像的均匀性得到较大幅度提高,而且在修改积分时间的情况下图像均匀性不受影响。     

基于像素级辐射自校准的红外图像非均匀性校正改进方法

红外成像系统中一直存在着非均匀性的问题,针对红外大动态范围成像等任务对改变成像系统积分时间的需要,提出了一种利用像素级辐射自校正技术的可变积分时间的非均匀性校正方法。通过辐射自校正为红外探测器中的每个像元建立辐射响应方程以估计出场景的辐射通量图,利用线性校正模型对辐射通量图进行校正,实现任意积分时间下的非均匀性校正。该方法的有效性通过高分辨率碲镉汞红外探测器进行了验证。     

红外成像系统响应光谱非均匀性的理论分析

基于黑体标定的非均匀性校正方法在凝视红外成像系统中被广泛应用,但在面对天空背景成像或者高速飞行器上透过高温光学窗口观察常温目标两种情况下,出现了黑体标定不适用的现象。为此通过分析红外成像系统的响应特性,提出了响应光谱非均匀性的概念,指出了黑体标定法具有场景光谱分布依赖的特征。同时,分析了响应光谱非均匀性产生的原理,包括内外两方面原因。内在因素是红外探测器不同像元的量子效率随光谱变化存在差异,外在因素是应用场景的辐射光谱分布与黑体相差较大。在此基础上,给出了解决响应光谱非均匀性的建议。     

基于改进伽马曲线的星载长波红外焦平面非均匀性校正算法

随着长波红外探测器技术的进步,通过选用宇航级大阵列长波红外探测器,天基红外遥感卫星技术得到快速发展。长波红外探器响应强非线性导致传统的基于线性模型的非均匀性校正算法校正误差大,从而影响卫星在轨使用效能。针对该问题,结合大量实验室数据和卫星在轨数据的统计分析结果,建立了一种新的长波红外探测器非线性响应模型,据此提出了一种基于改进伽马曲线的非均匀性校正算法,以有效克服探测器响应强非线性对校正精度的影响。该算法首先建立基于改进伽马曲线的探测器非线性响应模型,依据此模型对获取图像进行非线性压缩映射,实现探测器响应的线性化,然后利用星载基于定标技术的线性化算法实施非均匀性校正,同时,定标温度点根据所建立模型参数动态更新,最后通过逆非线性化压缩映射还原出实际的非均匀校正后的图像。基于人造黑体和在轨实景红外图像的实验结果表明,该算法有效解决了探测器响应强非线性对校正精度的影响,校正后图像的视觉效果和定量化指标均优于传统的星载非均匀校正算法。     

基于积分时间调整的红外焦平面阵列非均匀校正算法研究

利用实测的响应数据分析了红外焦平面阵列探测元的响应特性与入射辐射、积分时间的关系,指出了实际工程中常用的两点黑体辐射定标校正算法的本质在于利用高低温时不同的响应数据计算增益系数与偏置系数.与此相类似,通过调整积分时间也能得到不同的响应数据.因此对基于积分时间调整的校正算法展开研究,分别提出一点与两点定标校正算法,并将一点定标与小波多分辨率分解相结合,提出了一种新的自适应非均匀校正算法,实验结果证明了该方法在实际成像系统中的有效性.     

红外图像序列中不均匀背景消除新方法

从红外相机自身特性和使用角度两方面对靶场红外图像序列中不均匀(花纹)背景产生的原因进行了剖析,分析了传统红外图像非均匀校正算法在处理靶场序列红外图像上的优缺点,提出在目标跟踪过程中随着场景变化,基于实时线性标定的非线性红外图像的校正的新方法,克服了传统方法的弊端,实时确定了校正增益系数和校正因子,消除了序列红外图像中不均匀背景。通过对含有弱小目标的靶场实际序列红外图像进行仿真验证表明,新方法去除了图像固定图案噪声,消除了探测器坏元的影响,输出了理想的序列红外图像。     

前景重配准的改进帧间误差最小化非均匀性校正算法

由于基于帧间配准误差最小化的非均匀性校正算法（IRLMS）在对红外图像非均匀性的校正过程中,对于存在运动前景的场景缺乏对运动前景位移的准确估计,和配准精度较低时校正参数不能自适应地控制其更新速率,产生鬼影现象。为了解决这一问题,提出了一种改进的帧间误差最小化非均匀性校正方法。该方法使用LK 光流对场景中的运动前景进行重新配准,估计出运动位移,修正误差图像,以克服前景运动产生的鬼影现象;同时通过估计出相邻帧图像之间去除非均匀性后的相位相关矩阵的峰值,以其峰值自适应地修正参数更新的速率,以克服在配准精度较低时校正参数更新过快造成的影响。实验结果表明:该方法能够克服前景运动和配准精度较低时产生的鬼影现象,有效地提高了IRLMS 算法的实用性。     

应用U形边框黑体光阑的三点辐射定标校正方法及其分析

红外焦平面探测器阵列由于探测器工艺、环境冲击和长时间工作等因素将引起探测器响应的漂移,很大程度影响了热成像系统的成像质量。对于红外测温热像仪来说,会大大降低其出厂定标的准确性。针对红外辐射定标,考虑到探测器响应的非线性,在前期搭建的基于U形边框黑体视场光阑的红外成像系统基础上,研究了基于U形边框黑体光阑的三点定标修正方法,并与两点辐射定标方法进行了比较。实际定标测试实验结果表明:在25~65 ℃范围内,三点定标修正后的最大绝对误差和平均误差分别为0.126 6 K和-0.048 8 K,较原始定标的结果有明显的精度提升,说明三点定标修正方法算法有效,但三点定标修正与两点定标修正的结果相差不大。因此,一般情况下两点辐射定标修正方法足以适应辐射定标应用。     

基于区域校正的大面阵红外探测器非均匀性校正方法

通过分析某大面阵红外探测器的响应特性,发现了由于相机自身特性引发的不同区域的响应非线性问题。传统的两点校正法或非线性曲线拟合办法对该大面阵探测器校正后,校正残差和目视效果都比较差。本文根据探测器的非线性响应特性,将整个面阵分成了8个区域分别进行非线性拟合校正,然后校正各个区域的偏置系数,最后利用改进的BP神经网络非均匀性校正算法处理区域划分引发的不均匀问题。校正后的各个黑体温度图像的残余非均匀性在千分之一量级,空间噪声也已经十分接近或者小于时间噪声;局部残余非均匀性达到0.002以下,空间噪声明显小于时间噪声。