一種兩點(diǎn)校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】

[0001] 本發(fā)明屬于紅外熱成像系統(tǒng)的非均勻性校正領(lǐng)域，特別是一種兩點(diǎn)校正紅外熱像 儀的非均勻性的模塊及方法。

【背景技術(shù)】

[0002] 在過去的幾十年中，紅外探測器件的元數(shù)不斷增加，由單元發(fā)展到線列，由線列發(fā) 展到焦平面陣列(FPA)。紅外焦平面陣列探測器的出現(xiàn)，是紅外成像史上一個(gè)劃時(shí)代的革 命，它大幅提高了紅外成像系統(tǒng)的靈敏度和可靠性。作為現(xiàn)代紅外系統(tǒng)和熱成像系統(tǒng)的關(guān) 鍵部件，凝視型紅外焦平面陣列(IRFPA)器件成本低廉，體積小，無需制冷，目前已在軍事 (紅外跟蹤、預(yù)警、制導(dǎo))、醫(yī)療、安全等方面得到廣泛應(yīng)用，用它構(gòu)成的紅外成像系統(tǒng)較傳 統(tǒng)的光機(jī)掃描紅外成像系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、靈敏度高、噪聲等效溫差(NETD)小 等優(yōu)點(diǎn)。

[0003] 然而，受紅外探測器材料和工藝方面的影響，紅外焦平面陣列的非均勻性問題成 為長期以來制約其應(yīng)用的根本問題。一般意義上的非均勻性是指紅外焦平面陣列在同一 均勻輻射下由于探測器各像元的紅外響應(yīng)度不一致導(dǎo)致其視頻輸出幅度不同，造成像質(zhì)降 低，又稱空間噪聲；更進(jìn)一步意義上的非均勻性還包括由焦平面陣列所處環(huán)境的溫度變化、 電荷傳輸效率、Ι/f噪聲(電流噪聲)、無效探測元(壞元)以及紅外光學(xué)系統(tǒng)等諸多因素 所造成的成像質(zhì)量的下降。這種固定的圖像噪聲，使紅外成像系統(tǒng)的溫度分辨率下降，圖像 質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。因此，必須對紅外焦平面陣列進(jìn)行非均勻性校正。

[0004] 目前普遍采用后期算法處理來補(bǔ)償空間非均勻性?？偲饋碚f，可以將這些技術(shù)分 為二大類，即基于定標(biāo)和基于場景的非均勻性校正技術(shù)。最初開發(fā)使用的是基于定標(biāo)的非 均勻性校正技術(shù)，其中較為成熟的方法是基于探測元的單點(diǎn)、兩點(diǎn)及多點(diǎn)定標(biāo)算法，它們以 普朗克輻射定律和紅外探測元的線性響應(yīng)模型為基礎(chǔ)，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于成像系統(tǒng)之中。 近年來，各種基于場景的非均勻性校正技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，以彌補(bǔ)溫漂現(xiàn)象，避開定標(biāo)過程； 但在面臨極端場景，如場景靜止、鏡頭旋轉(zhuǎn)或反差極大的場景反復(fù)切換時(shí)，校正效果會大幅 退化，甚至無法觀察；另外，受限于現(xiàn)有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件水平，只能用于軟件仿真或后續(xù) 處理，還無法做到實(shí)時(shí)，實(shí)際應(yīng)用尚不成熟。比較而言，基于定標(biāo)的非均勻性校正更為精確， 對于場景和目標(biāo)沒有特殊要求，硬件易于實(shí)現(xiàn)和集成，是紅外焦平面陣列系統(tǒng)公認(rèn)的評估 手段。

[0005] 為獲得更高的幀頻和更好的圖像質(zhì)量，紅外熱像儀的探測器和外部存儲器設(shè)備不 斷更新?lián)Q代，每次系統(tǒng)架構(gòu)升級都必須重新編寫兩點(diǎn)校正的處理程序，進(jìn)行了大量重復(fù)性 工作，延長了開發(fā)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種兩點(diǎn)校正紅外熱像儀的非均勻性的模塊及方法，結(jié)合 FPGA+外部存儲器的系統(tǒng)構(gòu)架，使熱像儀在實(shí)際使用過程中滿足在線定標(biāo)和實(shí)時(shí)校正的要 求。

[0007] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種兩點(diǎn)校正紅外熱像儀的非均勻性的模 塊，包括數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊、串口指令解析模塊、定標(biāo)控制模塊、加權(quán)平均運(yùn)算模塊、外部存 儲器仲裁控制模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、第二FIFO緩沖區(qū)、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及FLASH控制 器、、內(nèi)部寄存器、兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊、兩點(diǎn)校正模塊和壞元替代模塊。

[0008] 加權(quán)平均運(yùn)算模塊分別與串口指令解析模塊、定標(biāo)控制模塊和外部存儲器仲裁 控制模塊連接，外部存儲器仲裁控制模塊分別與串口指令解析模塊、定標(biāo)控制模塊、第二 FIFO緩沖區(qū)、求均值模塊和兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊連接，定標(biāo)控制模塊分別與數(shù)據(jù)格式調(diào)整模 塊和串口指令解析模塊連接，兩點(diǎn)校正模塊分別與串口指令解析模塊、第一 FIFO緩沖區(qū)、 兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊和壞元替代模塊連接，并轉(zhuǎn)串及FLASH控制器與第二FIFO緩沖區(qū)連接， 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊與第一 FIFO緩沖區(qū)連接，兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊與壞元替代模塊連接，外部 存儲器仲裁控制模塊再外接外部存儲器，外部存儲器仲裁控制模塊、求均值模塊、并轉(zhuǎn)串及 FLASH控制器和內(nèi)部寄存器分別外接串行FLASH。

[0009] 數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊把紅外熱像儀的探測器采集的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)， 即當(dāng)前幀A，并送到定標(biāo)控制模塊和第一 FIFO緩沖區(qū)；把紅外熱像儀的探測器對準(zhǔn)低溫黑 體，串口指令解析模塊對上位機(jī)的定標(biāo)命令進(jìn)行解析，并把得到的累加幀數(shù)p和存低溫使 能送入定標(biāo)控制模塊，權(quán)值參數(shù)q送入加權(quán)平均運(yùn)算模塊；定標(biāo)控制模塊控制當(dāng)前幀A送到 加權(quán)平均運(yùn)算模塊進(jìn)行加權(quán)平均運(yùn)算，發(fā)送讀寫指令給外部存儲器仲裁控制模塊，在外部 存儲器中讀出存儲幀B并寫入均值幀C，循環(huán)迭代p次后，最終的均值幀C低溫定標(biāo)圖像L。 [0010] 外部存儲器仲裁控制模塊接收各讀寫指令，對它們在時(shí)間上進(jìn)行安排，發(fā)送讀寫 請求、地址和數(shù)據(jù)給外部存儲器，控制外部存儲器依次循環(huán)響應(yīng)各讀寫指令；再把紅外熱像 儀的探測器對準(zhǔn)高溫黑體，重復(fù)上述過程，得到高溫定標(biāo)圖像Η ;串口指令解析模塊發(fā)送寫 FLASH使能信號給外部存儲器仲裁控制模塊，從外部存儲器中同時(shí)讀出低溫定標(biāo)圖像L和 高溫定標(biāo)圖像H，分別送入求均值模塊和第二FIFO緩沖區(qū)；求均值模塊分別求出低溫定標(biāo) 圖像L的均值￡和高溫定標(biāo)圖像Η的均值謹(jǐn)，并把它們存入串行FLASH的用戶區(qū)域；第二 FIFO緩沖區(qū)用來實(shí)現(xiàn)速率匹配，緩沖后的數(shù)據(jù)送入并轉(zhuǎn)串及FLASH控制器；并轉(zhuǎn)串及FLASH 控制器完成對串行FLASH的配置，把低溫定標(biāo)圖像L和高溫定標(biāo)圖像Η轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，依 次順序?qū)懭氪蠪LASH用戶區(qū)域，至此定標(biāo)操作完成。

[0011] 系統(tǒng)重新上電后，自動從串彳丁 FLASH中依次讀出低溫定標(biāo)圖像L和1?溫定標(biāo)圖像 Η并送至外部存儲器仲裁控制模塊，由其寫入外部存儲器指定位置；串行FLASH自動讀出低 溫定標(biāo)圖像的均值:￡和高溫定標(biāo)圖像的均值:麗:存入內(nèi)部寄存器中；當(dāng)一幀標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)到達(dá)第 一 FIFO緩沖區(qū)時(shí)，就通過外部存儲器仲裁控制模塊同時(shí)讀出低溫定標(biāo)圖像L和高溫定標(biāo)圖 像H，從內(nèi)部寄存器中讀出低溫定標(biāo)圖像的均值S和高溫定標(biāo)圖像的均值H一起送到兩點(diǎn) 參數(shù)計(jì)算模塊，通過兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊計(jì)算得到增益校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B，并將增 益校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B送入兩點(diǎn)校正模塊進(jìn)行校正，得到校正后的圖像Y，若增益 校正系數(shù)K和偏置校正系數(shù)B的值超過設(shè)定的閾值，就把壞元標(biāo)志位置為1，否則置為0,壞 元標(biāo)志位送入壞元替代模塊；將校正后的圖像Y再送入壞元替代模塊，壞元替代模塊檢測 壞元標(biāo)志位，一旦發(fā)現(xiàn)為1，就把該處對應(yīng)的像素值用緩存的前面一個(gè)的像素值替換，至此 校正處理完成，將得到的最終圖像輸出。

[0012] 第一 FIFO緩沖區(qū)起到數(shù)據(jù)同步的作用，把標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、增益校正系數(shù)K和偏置校正 系數(shù)B對齊，一起送入兩點(diǎn)校正模塊。

[0013] 上述加權(quán)平均運(yùn)算模塊的加權(quán)平均運(yùn)算公式為：

[0014]

[0015] 其中C為均值幀，即單次取平均得到的一幀圖像。

[0016] 兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算模塊的兩點(diǎn)參數(shù)計(jì)算公式為：

[0017]

[0018] 兩點(diǎn)校正模塊的兩點(diǎn)校正公式為：

[0019] Y = K · X+B

[0020] X代表數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

[0021] -種兩點(diǎn)校正紅外熱像儀的非均勻性的方法，步驟如下：

[0022] 步驟1)進(jìn)行在線定標(biāo)，獲得低溫定標(biāo)圖像L和高溫定標(biāo)圖像Η :

[0023] 步驟1-1)數(shù)據(jù)格式調(diào)整模塊接收紅外熱像儀獲得的實(shí)時(shí)紅外視頻序列，即當(dāng)前 幀Α，將紅外熱像儀的探測器對準(zhǔn)低溫黑體，利用串口設(shè)置權(quán)值參數(shù)q和累加幀數(shù)ρ，ρ范圍 為0, 1，2, 3··· 1024, q范圍為0, 1，2, 3··· 1024,并給出存儲低溫圖像的使能信號，串口指令解 析模塊接收到該低溫圖像使能信號后，由定標(biāo)控制模塊控制外部存儲器仲裁控制模塊在外 部存儲器內(nèi)存入一幅圖像，即存儲幀B，然后從外部存儲器讀出存儲幀B，在加權(quán)平均運(yùn)算 模塊中將當(dāng)前幀A和存儲幀B對應(yīng)位置的每一個(gè)像素采集值進(jìn)行加權(quán)平均，公式為：

再多了解一些

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的两点定标法_一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块及方法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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