基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法

空间固定图案噪声严重影响了红外探测器的成像质量,它主要是由于焦平面阵列上各探测单元对于同一辐照的光电响应不完全一致所造成。另外,多通道图像数据采集电路的非均匀性更加重了这种噪声。本文提出了一种基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法,它将校正过程分成两步。首先利用恒定统计方法滤除由通道放大器引起的固定图案噪声,然后再将处理结果通过改进的神经网络方法,进一步校正由探测器响应而产生的非均匀性。由于该算法是递推进行,并且具有收敛速度快、计算复杂度低等优点,因此易于工程实现。文中详细阐述了算法的基本原理及其流程,并用仿真数据和真实红外数据对算法性能进行验证,取得了较好的效果。     

CCD像素响应不均匀性的校正方法

从理论上分析了CCD暗电流和光电响应不均匀性产生的原因,根据光电响应模型提出了CCD像素光电响应不均匀性的校正方法,给出了像素光电响应不均匀性的校正系数用以计算校正量;并针对实际情况中干扰光的影响,提出了采用变波长去除干扰方法,对校正方法进行了修正;最后通过仿真对算法进行了验证.结果表明,能量和噪声的不同对算法的影响不大,校正量是随着光信号能量分布变化的,标定过程不受信号的影响,具有自适应性.该校正方法可以有效地减小CCD像素光电响应不均匀性带来的图像噪声.     

两通道按列输出CMOS图像的非均匀性及校正方法

为确保航空遥感图像产品相对辐射质量,提出了一种对两通道按列输出CMOS(互补金属氧化物半导体)图像的非均匀性进行校正的方法。以美国仙童公司CMOS探测器CIS2521F为例,通过实验室积分球观测试验研究了暗电流噪声、平均灰度、两通道输出等因素造成的图像非均匀性;然后,基于实验室积分球观测数据,采用两点线性法,校正了由按列放大输出导致的列状条带噪声;接着,通过优化拼接线附近图像灰度差异统计结果,校正了两通道响应不一致造成的图像辐射差异。试验表明,单通道图像非均匀校正使积分球观测图像的平均非均匀度量值由4.4下降至2.4,两通道图像非均匀校正消除了两通道图像的目视差异。原始航空遥感图像经过非均匀性校正后,图像灰度均匀,能够满足遥感图像判读要求。     

微偏振片阵列红外成像非均匀性产生机理及其校正

集成微偏振片阵列红外成像系统的偏振度图像对非均匀性高度敏感,不经非均匀校正的偏振度图像存在较大误差。为了校正微偏振片阵列红外成像的非均匀性,以入射光Stokes矢量形式,建立了光电转换基本过程的偏振像素模型,基于入射激励和辐射响应数据,分析了微偏振阵列与红外焦面联合作用下非均匀性产生机理。提出一种基于多次辐射测量的矩阵形式的非均匀性校正方法,该方法通过构造多组测量方程,求解偏振像元的增益矢量,由相邻四像元增益矢量组成超级像元的增益矩阵,结合Stokes矢量提取矩阵,逆向求解重构点的校正矩阵。实验数据表明:该方法比两点法降低非均匀性约5%~20%,有效改善红外偏振度图像质量。     

TDI CCD相机系统响应非均匀性校正

本文分析了该TDI CCD相机系统响应非均匀性产生的原因,并在分析非均匀性校正算法的基础上,针对线阵TDICCD遥感相机光电响应是线性的这一特点,采用两点定标校正算法,对每片TDI CCD进行了校正,得到了每一片TDI CCD的每一个像元的校正系数并给出了校正前后的统计特征.     

大面阵高帧频CMOS成像电子学系统设计

为了满足大面阵高帧频CMOS探测器成像系统的设计要求,设计了基于GMAX0504探测器的CMOS成像系统,实现高帧频、大视场的成像需求;采用DDR3-SDRAM和NAND-FLASH,解决了图像数据存储速率与容量的瓶颈问题;通过图像处理的方法,提高了图像动态范围、信噪比(SNR)与调制传递函数(MTF)的设计指标;通过图像实时像元校正,提高了成像系统的光响应非均匀性(PRNU)指标。实验结果表明,图像信噪比(SNR)平均值为44dB,接近探测器的最大信噪比(SNR);光响应非均匀性(PRNU)均值为1.4%,满足成像需求。该CMOS成像系统设计结构可应用于更大面阵CMOS成像系统,为工程应用提供了保障。     

红外图像非均匀性实时校正的新技术

介绍了红外图像非均匀校正的基本方法,并以多点校正方法为例,利用DSP硬件具有强大的运算能力及灵活的可编程性,自动完成了图像的非均匀性实时校正.给出了校正系统的构成,描述了校正方法的实现过程.用像元数为128×128的红外焦平面阵列进行了图像非均匀性实时校正实验,并对校正前后的图像进行了对比.实验结果达到了预期目的,表明基于DSP的红外图像非均匀性实时校正系统实现的校正方法简单,效果理想.     

基于LabVIEW的红外图像非均匀性校正

在凝视红外焦平面成像系统的实际应用中,经常需要根据目标红外辐射强度改变探测器的积分时间,从而导致红外图像的均匀性明显变差.利用虚拟仪器技术,在LabVIEW中,先根据一点校正法,对红外图像进行积分时间校正,再利用两点温度校正法进行非均匀性校正.处理结果证明:提高了常用两点校正法的非均匀性校正能力.     

多通道时间延迟积分CCD辐射标定和像元实时处理

剖析了时间延迟积分CCD(TDICCD)像元校正对信噪比和调制传递函数测试的影响,设计了基于辐射标定和地面控制的多通道TDICCD像元响应非均匀性实时处理方法以提高星上实时图像的像元响应非均匀性。该方法基于辐射标定去除图像的固定图形噪声,并校正图像奇异点;通过分析星上实时传输图像,处理奇异点像元的图像问题,实现地面控制像元响应非均匀性的实时调整。提出的系统实时处理方式可以不改变硬件结构即有效改善图像的视觉效果,对于坏像元、像元性能降低、像元污染等特定情况有很强的纠错能力。实际成像试验的对比表明,该方法对信噪比、调制传递函数有很好的修正作用,其精确调整能力分别达到0.1db及0.01;在50%饱和值下测试的图像非均匀性指标达到1.25%。该方法结构简单,在工程实践中有很好的应用前景。     

基于非线性响应的红外焦平面阵列非均匀性自适应校正算法

针对红外焦平面阵列(IRFPA)使用过程中，非均匀性随时间和环境改变而发生缓慢变化及探测单元非线性响应带来的校正误差，提出一种基于非线性响应的IRFPA非均匀性自适应校正算法。该算法以探测单元非线性响应模型为基础，以校正误差的均方值最小为准则自适应消除响应参数的温度漂移，通过对初始响应参数进行优化选取，来实现算法的快速收敛和高精度校正。在介绍算法实现原理的基础上，推导出其数学模型，并给出实验结果。实验结果表明了算法的优越性。     

强力输送带X光无损检测仪的研制

采用X光线阵探测器研制了一种强力输送带无损检测仪.介绍了X光无损检测原理,使用准直器解决了X光无损检测的散射问题,设计了多路并行数据采集电路实现了数据的高速采集.对线阵探测器像元非均一性的原因进行了探讨,对校正算法进行了研究,基于响应模型运算量小,校正效果良好提出了的三点分段校正法.实验证明,研制的检测仪对宽度为2m,...     

CCD辐射响应函数矩阵的建立与应用

为了能采用物理意义明确的函数式来表述大格式电荷耦合器件(CCD)的性能参数,直观地实现对面阵CCD辐射性能的评价,本文提出利用“辐射响应函数矩阵”概念来表述CCD每个像元的辐射性能参量.首先,分析了该矩阵各元素的物理意义,提出了对CCD每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的描述方法.其次,对面阵CCD KAI-16000进行辐射性能检测,并利用回归分析计算出各像元的响应系数.最后,以测试结果为例,讨论和描述该矩阵的应用和结果.实验结果表明:该CCD近似成线性响应,通过矩阵函数可以计算出CCD非均匀性为3.1％,暗噪声为3.84.此方法实用,满足对大格式CCD直观表述的要求.     

光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测方法

提出了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法,该方法首先对被检设备的CCD标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统检测。该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像。根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度。并且将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测。     

多TDI-CCD拼接相机非均匀性校正方法

针对多TDI-CCD拼接相机成像存在非均匀性问题,开展了对拼接相机输出图像片内及片间综合校正算法的研究。首先,结合CCD相机特性,介绍了TDI-CCD的工作原理以及拼接相机非均匀性的产生机理。然后,分别对拼接相机片内及片间非均匀性校正的原理进行分析,提出了片内采用两点法校正、片间采用比值平均校正的综合校正算法。最后,对片内及片间综合非均匀性校正的参数标定及校正方法进行了探讨;实验结果表明,在原拼接输出图像存在8.4%非均匀性的条件下,采用片内与片间综合校正法校正后,图像非均匀性达到2.7%。该校正方法基本满足了对TDI-CCD拼接相机非均性校正的指标要求,算法有效实用。     

多输出CCD接缝校正

针对多输出CCD传感器成像存在接缝的问题,提出了一种基于延时积分（TDI）的校正方法。使用TDI的读出方式对均匀光源成像获得了具有亮度线性渐变的图像数据,建立了获得图像的行平均灰度和行曝光时间关系的模型,通过该模型对CCD每路输出特性进行拟合,校正了CCD多输出的不均匀性,解决了图像接缝问题,并在模拟前端（AFE）完成了校正过程。本方法仅使用一次成像过程,避免了辐照度调整精度对校正精度的影响。与传统的两点法和多点法（16点）相比,提出方法的输出非均匀性分别减少了2.428%和 1.052%,校正效果明显提高。实验显示：本方法校正精度高,实验工作量低,可以广泛用于多输出CCD的接缝校正中。     

图象比色法温度场实时检测的研究

采用ICCD作为探测器,用比色法检测温度场,可以快速获取温度场全面信息,达到实时检测及控制的目的。然而由于ICCD响应动态范围有限,测温范围受到限制,同时双波长的选择是一个困难的问题。作者提出了采用不同的曝光时间分区测量温度场的方法,以扩大检测温度范围,同时在一定温度范围内,为了得到较高、较均匀的灵敏度,通过对系统模拟计算得出了系统工作双波长的理想选择,这些理论分析与试验结果基本一致。     

基于图像质量评价的ICCD性能比较

像增强型电荷耦合器件(intensified charge coupled device,ICCD)是激光主动成像系统中的关键器件,其噪声水平影响着整个系统性能的发挥。为了比较测试不同ICCD的噪声性能,采用图像信息容量、伪信噪比和无参考图像峰值信噪比(no-reference peak signal-noise-ratio,NPSNR)三个指标对ICCD输出的单帧图像进行图像质量评价。实验在相同实验条件,不同ICCD之间进行。结果表明4Quik E的噪声性能优于PI-MAX2:512。     

红外成像系统的非均匀性实时校正

针对红外相机系统响应非均匀性所产生的竖条纹固定噪声,提出了基于多线程优化的单帧红外图像非均匀性实时校正算法。该算法参考全变分理论的非均匀性校正算法确定噪声与图像输出之间的加性校正关系,建立了描述条纹噪声的数学模型;通过滤波算法将图像分为高频分量和低频分量,运用建立的条纹噪声模型,基于最小二乘法从高频部分中拟合出条纹噪声。最后,使用全变分理论确定的加性关系对图像进行校正。为了提高算法的计算速度,运用多线程技术对算法进行了优化。对提出的算法与MIRE(Midway Infrared Equalization)算法及传统双边滤波算法进行了图像质量评价和性能对比。结果显示:本文算法使图像非均匀性较原图降低了3%;算法效率与MIRE算法无异,系统运行时间在320×256的14位红外图像上为1.5ms/frame,达到了工程标准。