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基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计

梁超 马天翔

梁超, 马天翔. 基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(3): 385-393. doi: 10.3788/CO.20160903.0385
引用本文: 梁超, 马天翔. 基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2016, 9(3): 385-393. doi: 10.3788/CO.20160903.0385
LIANG Chao, MA Tian-xiang. Design of infrared imaging nonuniformity correction system based on black body calibration[J]. Chinese Optics, 2016, 9(3): 385-393. doi: 10.3788/CO.20160903.0385
Citation: LIANG Chao, MA Tian-xiang. Design of infrared imaging nonuniformity correction system based on black body calibration[J]. Chinese Optics, 2016, 9(3): 385-393. doi: 10.3788/CO.20160903.0385

基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计

doi: 10.3788/CO.20160903.0385
基金项目: 

中国科学院国防科技创新基金项目 CXJJ-16-S038

详细信息
    通讯作者:

    梁超(1988-),男,黑龙江七台河人,硕士,研究实习员,2011年、2014年于哈尔滨工程大学分别获得学士、硕士学位,主要从事航空遥感成像系统方面的研究。E-mail:liangchao_job@126.com

  • 中图分类号: TN215;TN911.73

Design of infrared imaging nonuniformity correction system based on black body calibration

Funds: 

Supported by National Defense Science and Technology innovation Fund, Chinese Academy of Sciences CXJJ-16-S038

  • 摘要: 为提高某中波红外探测器的图像质量,设计了基于FPGA的红外图像实时处理系统, 系统能够完成实时的非均匀性校正与盲元补偿处理。介绍了目前常用的非均匀性校正、盲元识别和补偿算法,并结合实际工程需求采用多点法进行非均匀性校正以及8点平均法进行盲元补偿。在仿真实验成功的基础上,基于FPGA平台构建了硬件平台。系统可以实现系数自定义更新,可以手动或自动完成非均匀性较正系数计算,以及实现盲元列表的自动更新操作。利用某国产中波红外探测器对处理系统进行了测试试验,实验结果表明:校正后图像非均匀性<0.3%,盲元率<0.001%。系统工作稳定、可靠,图像处理满足实时性和精度要求。

     

  • 图 1  图像处理系统原理图

    Figure 1.  Schematic of image processing system

    图 2  图像处理系统软件工作流程图

    Figure 2.  Software workflow chart of image processing system

    图 3  红外探测器像元响应曲线

    Figure 3.  Response curves of infrared detector image element

    图 4  增益校正和偏移校正

    Figure 4.  Gain correction and offset correction

    图 5  多点较正算法示意图

    Figure 5.  Sketch map of multi-point correction algorithm

    图 6  非均匀性校正的流水线工作

    Figure 6.  Assembly line work of nonuniformity correction

    图 7  非均匀性校正时序仿真结果

    Figure 7.  Simulation result of nonuniformity correction timing sequence

    图 8  盲元补偿示意图

    Figure 8.  Sketch map of blind pixel compensation

    图 9  盲元补偿缓冲区设置示意图

    Figure 9.  Sketch map of blind pixel compensation buffer setting

    图 10  系数更新模块软件工作流程图

    Figure 10.  Software workflow chart of coefficient update module

    图 11  测试图像

    Figure 11.  Test image

    图 12  黑体温度40 ℃非均匀性校正前后成像对比图

    Figure 12.  Comparison of black body image in 40 ℃ before and after nonuniformity correction

    图 13  对实际景物成像非均匀性校正前后对比图

    Figure 13.  Comparison of actual scene image before and after nonuniformity correction

    表  1  两点法和多点法校正效果对比

    Table  1.   Comparison of two-point and multi-point correction algorithm

    非均匀性 20 ℃ 35 ℃ 50 ℃ 65 ℃
    两点法/% 0.273 0.326 0.349 0.285
    多点法/% 0.212 0.236 0.224 0.209
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    表  2  3种方法盲元补偿效果对比

    Table  2.   Comparison of blind pixel compensation by three algorithms

    一维平均 二维平均 8点全平均
    盲元率/% 0.004 0.001 0.001
    下载: 导出CSV
  • [1] 张一舟,许廷发,刘子伟,等.基于Savitzky-Golay加权拟合的红外图像非均匀性条带校正方法[J].中国光学,2015,8(1):51-57.

    ZHANG Y ZH,XU T F,LIU Z W,et al.. Correction method for stripe nonuniformity in infrared images based on Savitzky-Golay weighted fitting algorithm[J]. Chinese Optics,2015,8(1):51-57.(in Chinese)
    [2] 吴晗平.红外搜索系统[M].北京:国防工业出版社,2013.

    WU H P. Infrared Search System[M]. Beijing:National Defense Industry Press,2013.(in Chinese)
    [3] 李俊山,杨威,张雄美.红外图像处理、分析与融合[M].北京:科学出版社,2009.

    LI J SH,YANG W,ZHANG X M. Processing, Analysis and Fusion of Infrared Image[M]. Beijing:Science Press,2009.(in Chinese)
    [4] 李晓杰,任建伟,李宪圣,等.反射式拼接CCD相机非均匀性定标与校正[J].液晶与显示,2014,29(6):1057-1064.

    LI X J,REN J W,LI X SH,et al.. Non-uniformity calibration and correction of reflector-based mosaic CCD camera[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Displays,2014,29(6):1057-1064.(in Chinese)
    [5] 王学伟,李珂,王世立.红外焦平面阵列的非均匀性研究[J].激光与红外,2012,42(10):1131-1134.

    WANG X W,LI K,WANG SH L. Study of non-uniformity in infrared focal plane arrays[J]. Laser & Infrared,2012,42(10):1131-1134.(in Chinese)
    [6] 曲洪丰,王晓东,吕宝林.多通道输出面阵CCD图像非均匀性校正[J].液晶与显示,2012,27(4):569-572.

    QU H F,WANG X D,LV B L. Non-uniformity correction of mutiple output area CCD image[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Displays,2012,27(4):569-572.(in Chinese)
    [7] 宁永慧,郭永飞.TDICCD拼接相机的像元响应非均匀性校正方法[J].中国光学,2013,6(3):386-394.

    NING Y H,GUO Y F. Correction of pixel response non-uniformity in TDICCD mosaic camera[J]. Chinese Optics,2013,6(3):386-394.(in Chinese)
    [8] 代少升,张天骐.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[J].光学 精密工程,2008,16(4):714-719.

    DAI SH SH,ZHANG T Q. Adaptive nonuniformity correction algorithm for IRFPA with nonlinear response[J]. Opt. Precision Eng.,2008,16(4): 714-719.(in Chinese)
    [9] 孙志远,常松涛,朱玮,等.应用内外定标修正实现红外测量系统辐射定标[J].光学 精密工程,2015,23(2):356-362.

    SUN ZH Y,CHANG S T,ZHU W,et al.. Radiation calibration of infrared system by amendment of inner and outer calibrations[J]. Opt. Precision Eng.,2015,23(2): 356-362.(in Chinese)
    [10] 任婷婷,张智杰.一种基于场景的红外图像非均匀性校正算法[J].光学与光电技术,2014,12(2):136-138.

    REN T T,ZHANG ZH J. A scene-based non-uniformity correction algorithm for infrared image[J]. Optics & Optoelectronic Technology,2014,12(2):136-138.(in Chinese)
    [11] 任建乐,陈钱,顾国华,等.红外焦平面阵列条纹非均匀性校正方法[J].红外与激光工程,2013,42(8):1987-1990.

    REN J Y,CHEN Q,GU G H,et al.. Stripe nonuniformity correction for infrared-focal plane arrays[J]. Infrared and Laser Engineering,2013,42(8):1987-1990.(in Chinese)
    [12] 樊晓清,顾国华,隋修宝,等.红外热像仪与上位机通信系统设计[J].光学与光电技术,2013,11(3):49-53.

    FAN X Q,GU G H,SUI X B,et al.. Design of communication system between thermal imager and host computer[J]. Optics & Optoelectronic Technology,2013,11(3):49-53.(in Chinese)
    [13] 朱瑞飞,王超,魏群,等.红外探测器非均匀性校正系统研制[J].红外与激光工程,2013,42(7):1669-1673.

    ZHU R F,WANG CH,WEI Q,et al.. Manufacture of nonuniformity correction system for infrared detector[J]. Infrared and Laser Engineering,2013,42(7):1669-1673.(in Chinese)
    [14] 李一芒,何昕,魏仲慧.红外预警实时图像处理系统设计与实现[J].液晶与显示,2013,28(1):110-114.

    LI Y M,HE X,WEI ZH H. Design and implement of real-time image processing system for IR warning system based on multi-passage[J]. Chinese J. Liquid Crystals and Displays,2013,28(1):110-114.(in Chinese)
    [15] 张晓龙,刘英,王健,等.不同非均匀性校正温度的红外测温技术[J].中国光学,2014,7(1):150-155.

    ZHANG X L,LIU Y,WANG J,et al.. Infrared thermometry technology with different nonuniformity correction temperatures[J]. Chinese Optics,2014,7(1):150-155.(in Chinese)
    [16] 黄战华,杨鹤猛,孙立彬,等.一种基于DSP+CPLD的低功耗实时红外成像系统实现方法[J].光学技术,2012,38(1):14-18.

    HUANG ZH H,YANG H M,SUN L B,et al.. An implement method for real-time infrared imaging system with low power consumption based on DSP+CPLD[J]. Optical Technique,2012,38(1):14-18.(in Chinese)
    [17] 徐世伟,魏东,王大鹏,等.红外线阵探测器盲元定位与补偿[J].红外与激光工程,2014,43(11):3621-3626.

    XU SH W,WEI D,WANG D P,et al.. Blind pixel detection and compensation for infrared linear detector[J]. Infrared and Laser Engineering,2014,43(11):3621-3626.(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-19
  • 修回日期:  2016-02-25
  • 刊出日期:  2016-01-25

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