一种基于定标的红外图像非均匀性分区域校正算法

红外探测器的非均匀性问题直接影响红外成像质量和测量精度。地基红外辐射测量系统对远距离飞行目标进行成像时往往不能占满全靶面区域。为提高图像质量,提出了一种基于定标的非均匀性分区域校正算法。以靶面大小为640×512的制冷型中波红外探测器为实验对象,基于黑体定标的两点校正法,采用全靶面校正算法及本文算法进行了验证。结果表明,当成像区域小于全靶面的1/3时,分区域非均匀性校正后非均匀性误差低于0.002%。与全靶面非均匀性校正算法相比,此校正算法使非均匀度进一步降低了30%至75%不等,非均匀性误差的下降率大于30%。采用本文算法后,各区域的非均匀度进一步下降,校正目视效果进一步提高。因此该校正方法具有一定的工程应用价值。     

基于定标的红外焦平面非均匀性校正算法研究

红外焦平面阵列普遍存在非均匀性,这会严重影响其成像质量。基于定标的非均匀性校正算法因其易于硬件实现,在工程应用中已被广泛采用。本文介绍了近年来基于定标的非均匀性校正算法的研究进展,对各种算法的优势及缺点进行了对比,并针对算法特点和工程需求做出了相应的分析。     

星载红外成像系统IRFPA非均匀性在轨定标与实时校正

针对星载红外成像系统在轨定标等特殊环境条件的应用要求,研制了一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array,IRFPA)非均匀性在线定标与实时校正芯片系统.由于对输入信号进行了标准化设计,该系统可用于各类红外成像系统的IRFPA非均匀性在线定标与实时校正处理.这种系统在时钟信号的驱动下以流水线方式运行,在对非均匀红外图像进行实时校正的同时,能够在线获取定标图像并能对存储器中的校正系数进行在线更新.该系统具有体积小、运算速度快、稳定可靠以及易于升级等优点,为星载红外成像系统IRFPA非均匀性的在轨定标开辟了一条有效的技术途径.     

基于场景的红外图像非均匀性校正方法综述

红外焦平面阵列的非均匀性噪声是制约红外成像质量的主要因素。基于场景的非均匀校正算法通常利用图像序列并依赖帧间运动对焦平面阵列的非均匀性进行校正。本文介绍了恒定范围统计法、Kalman滤波器法和轨迹跟踪法。恒定范围统计法和Kalman滤波器法是利用场景数据自适应的进行非均匀性校正的统计算法；轨迹跟踪法是一种利用图像序列的帧间运动提取其实场景的信息的方法。最后把这三种方法和两点法做了比较。     

红外焦平面阵列非均匀性校正方法的研究

介绍了几种基于定标法和场景法的红外焦平面阵列非均匀性校正方法,重点对神经网络自适应校正方法进行了理论分析、算法改进和数据仿真.     

星上红外遥感相机的辐射定标技术发展综述

随着对天基对地以及临近空间目标探测的需求增大,高性能红外相机探测及海量数据定量化迫切需要高可靠性、高精度的辐射定标技术,因此,星上辐射定标装置已成为当前空间定量遥感技术发展的重要方向。在轨红外遥感相机的辐射定标主要校正探测器响应的不均匀性（相对辐射定标）和建立遥感相机输出信号与输入辐射量的函数关系（绝对辐射定标）。在介绍红外相机星上辐射定标基本原理的基础上,综述近年来几个国内外典型星上辐射定标装置及其特点,并介绍笔者所在课题组近年来基于内部定标源+天空星图的红外相机高动态范围（HDR）相对辐射定标方法的研究进展。论文对于红外辐射定标技术及星上辐射定标装置的发展具有参考意义。     

红外鱼眼成像系统非均匀性校正方法

分析了时域高通滤波校正算法中容易出现目标退化及“伪像”的问题,指出滤波方程的截止频率与信号频域分布的变化不匹配是产生问题的原因。结合红外鱼眼系统成像的特点,通过目标检测的方法分辨需要调整滤波截止频率的像元,对其采用不同的时域高通滤波方式,即改变滤波器的截止频率,有效地减少了目标退化和伪像的影响。采用主观和客观评价指标对试验的红外序列图像进行评价,结果表明改进的时域高通滤波校正方法效果明显。     

冷空异常下热红外波段再定标及非均匀校正

海洋一号B星水色水温扫描仪（HY-1B COCTS）在轨工作时受到冷空未知辐射的干扰导致其九年数据均受到不同程度的影响。以两极受影响较小的数据做样本,建立基于再定标系数的响应修复模型和基于概率分布的非均匀校正模型,对地球目标信号进行修复,根据修复结果进行了对比和优化,并对修复模型的精确性和稳定性进行了验证。最后结果表明,在冷空辐射基准受影响的情况下,响应修复模型结合概率分布校正模型能够明显的对数据进行有效修复。     

CCD相机输出非均匀性线性校正系数的定标

宽幅CCD相机的输出非均匀性校正对获取高质量的遥感图像具有重要意义。通过分析造成CCD输出非均匀的原因,提出了基于辐射亮度反演的非均匀性线性校正概念。在已知的多种辐亮度照明下,采集相机每个像素的灰度值,利用最小二乘法建立像元灰度值与辐亮度的函数,求出像元的两项非均匀性校正系数——暗信号与响应度。实验结果表明:利用这两项校正系数进行相机非均匀性校正,改善效果明显。校正前图像的灰度值均方根偏差为1.3%,校正后为0.2%;从图像上看,校正前图像上的明暗条纹很明显,校正后得到消除。不仅如此,采用该校正方法还能够有效去除通道间输出非均匀性造成的整幅拼接图像的明暗不一致,得到均匀清晰的图像,结果令人满意。     

红外成像系统非均匀性校正方法的研究

分析了在红外图像处理中的几种校正方法,并对校正后的剩余非均匀性进行了分析,提出了几种有效的减小剩余非均匀性的方法.     

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。     

一种利用恒星进行遥感卫星辐射定标的方法

恒星巡天测量与模型分析显示大量恒星在0.3~35μm波段内的绝对辐射精度达到3%,在可见光波段接近1%.恒星与恒星之间的相对辐射定标精度优于0.2%.部分恒星具有极好的辐射稳定性,可以作为长期稳定的辐射基准.但是恒星有效亮度通常比地面目标低几个量级,并且恒星一般不会直接出现在遥感卫星视场,不利于用作定标源.这里讨论的利用恒星进行辐射定标的方法是在遥感卫星上安装一个与遥感相机波段接近的微型定标相机,它的指向可以通过转动机构在恒星与地面目标之间转换.在观测恒星时通过延长积分时间来获取高信噪比信号,在观测地面目标时由于和遥感相机同时同视场观测有利于精确交叉定标.这个方法可以将作为标准源的恒星辐射直接传递到观测目标.目前分析显示最佳定标精度可以达到2%以内.     

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。     

红外标准辐亮度计的研制及定标

黑体参考光源辐亮度精度是决定红外遥感器绝对辐射定标精度的关键因素。为了提高黑体辐亮度测量精度,设计了一种直接测量黑体辐亮度的红外标准辐亮度计。描述了整个系统的光机设计方案和工作原理,利用高精度水浴黑体对辐亮度计进行定标。实验结果表明:辐亮度计的1 h非稳定性优于0.03%;测量黑体辐亮度不确定度达0.22%,相当于308 K时辐亮度温度不确定度73 mK。该标准辐亮度计具有系统级测量、高精度溯源等优点,可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的溯源。     

红外高光谱大气探测仪（FY-3E/HIRAS-II）在轨数据非线性校正方法

风云三号E星（FY-3E）搭载的高光谱大气探测仪（HIRAS-II）能够实现大气的垂直探测,具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应,影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题,提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数,将此系数作为初值输入到辐射定标模型中,以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数,通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出,校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值,经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K,优于带外校正方法。     

一种红外成像系统自适应冷像校正方法

冷像是影响制冷型红外探测器成像质量的重要因素。 分析了冷像产生的机理以及频率特点,提出了一种自适应冷像校正算法。首先,通过自适应时域低通滤波法来获得冷像估计图像,然后将获取到的冷像估计图像与预先存储的冷像参考图像进行相关运算,最后根据相关系数确定是否进行噪声矩阵的更新并用来校正图像。使用仿真和实际的红外图像序列进行实验,结果表明所提算法能够有效去除冷像噪声。     

利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道的绝对辐射定标

介绍利用大洋浮标数据和NCEP再分析资料对FY-2C红外分裂窗通道进行在轨绝对辐射定标的方法,并选择了2006年10个时次的卫星数据进行辐射定标试验.将利用这种方法获得的定标结果与FY-2C卫星数据产品中提供的定标查找表进行比较分析,结果表明两套不同的定标系数反演的大气层顶(TOA)亮度温度的主要差别集中在云顶、冰雪覆盖区域等低温像元;而在常温区的陆表和海表像元定标结果差别较小,反演的TOA亮温差在2K左右.提出的替代定标方法可以极大地提高定标频次,为实现FY-2C红外分裂窗通道的实时绝对辐射定标提供了重要的方法基础.     

一种基于双边滤波的红外图像细节增强方法

为了解决高动态红外图像在常规显示设备上显示时对比度低、细节模糊等问题,提出了一种基于双边滤波的红外图像非线性细节增强及动态范围压缩方法。首先利用基于扫描行的均值及标准差的统计方法对图像中的条纹噪声进行检测及插值补偿。然后对高动态红外图像进行双边滤波,得到基频分量及细节分量。针对基频分量动态范围大的特点,压缩其动态范围,对细节分量则进行非线性增强。最后将压缩后的基频分量和非线性增强后的细节分量合成,并将灰度范围调整到8位,得到适合显示的低动态范围图像。实验结果表明,提出的方法能在压缩图像动态范围的同时有效实现图像细节信息的增强。     

Object-based change detection method for high-resolution remote sensing image combining shadow compensation and multi-scale fusion

As an interpreting symbol of remote sensing images,shadow,however,brings about “pseudo changes”,which is one of the main sources leading to error detection in high-resolution remote sensing image change detection.For this issue,an object-based high-resolution remote sensing image change detection method was proposed combining with shadow compensation and multi-scale fusion.In the object orientation detection framework,the shadows in the remote sensing images were extracted.Then multi-scale change detection was conducted with shadow compensation.In the process,an objective function was constructed of mutual scale information minimization to realize the adaptive extraction of scale parameters.Based on this,combined with the shadow compensation factor,a multi-scale decision-level fusion strategy built on D-S theory of evidence was designed,and the levels of change intensity were further divided.The experiments show that the method is effective in solving the error detection problem caused by shadow,significantly improving the precision of change detection.