红外成像非均匀性校正技术研究

文章编号：１６７２—８７８５（２０１２）０８—００２２—０５　

红外焦平面阵列非均匀性校正精度的研究　

姚琴芬　顾国华　（１ｌ江苏广播电视大学，江苏南京２１００３６；　

２．南京理工大学，江苏南京２１００９４）　

摘　要：定标校正法是目前人们实际使用较多的一种红外焦平面阵列非均匀性校正方　法。该方法采用的算法简单，易于用硬件实时实现，但也存在校正精度低的缺点，针　

对这一不足，首先通过实验得到了红外焦平面探测器的实际非线性响应曲线，然后在　

此基础上进一步分析了定标点的数量及选取对红外焦平面阵列非均匀性校正精度的影　

响，为提高定标校正法的校正精度提供了依据。　

关键词：红外焦平面阵列；非均匀性；校正精度　

中图分类号：ＴＮ９１１．７３　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—８７８５．２０１２．０８．００４　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ＩＲＦＰＡ　

ＹＡＯ　Ｑｉｎ—ｆｅｎ　．ＧＵ　Ｇｕｏ—ｈｕａ。　ｒＩ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｒａｄｉｏ＆Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１　００３６．Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｎｄｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｄｍｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｒｒｅｃｔ　ｔｈｅ　ｎｏｎｕｎｉ—　ｆｏｒｍｉｔｙ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｆｏｃａｌ　ｐｌａｎｅ　ａｒｒａｙｓ（ＩＲＦＰＡ）ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｅａｓｉｌｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ａ　ｓｈｏｒｔａｇｅ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｆｏｒ　ｔｈｉｓ．ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ａｎ　ＩＲＦＰＡ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｉＳ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．　Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＲＦＰＡ　ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｉｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｗｏｒｋ　ｈａｓ　ｌａｉｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　

第２４卷第１期　２Ｏ０２年１月　红外技术　ｌｎｆｒａｌｅｄＴｅｄｍｄｏｇｙ　．２４　Ｎ０．１　Ｊ¨．龇　

一种红外焦平面非均匀性校正改进方法的研究’　

沈晓燕，皮德富　

（南京理工大学电光院４４２教研室，江苏南京２１００９４）　

摘要：　微测辐射热计吸收入射红外辐射，引起读出电路输出信号的非均匀性。由于非均匀性校正的局　限性，以前的微测辐射热计需要对基底温度进行精确控制。文中在两点校正法的基础上，提出了偏置校　

正法，可以放松对基底温度控制的要求。在常规两点增益与补偿校正法基础上，采用偏置校正，可在更　

宽的基底温度范围内进行非均匀性校正。这样的话，在读出电路片上进行基底温度控制是可能的。　

关键词：非均匀性校正；　两点校正；偏置校正　

中图分类号：ＴＮ２１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—８８９１（２（￣２｝０１—０００４－０４　

１引言　

微测辐射热计吸收入射红外辐射，引起读出电路输出信号的非均匀性。空间非均匀性的产生，主要是由于探　

测器许多关键特性发生变化，这是微测辐射热计制作工艺的正常结果。影响空间非均匀性的特性包括红外辐射　吸收系数，电阻阻值，电阻温度系数，比热和单个探测器的热导。　

要想产生红外图像所需的理想信噪比电信号，就必须校正非均匀性，目前普遍采用两点校正法。在这种方法　中，对每个单元的采样信号应用双校正系数。通过倍乘增益系数形成的输出电压，可实现增益校正。对输出电压　

添加补偿系数可实现补偿校正，用模拟和数字方法可完成两点非均匀性校正。然而，这种校正方法只在微测辐射　

热计基底温度变化范围很小时（０．０１　Ｋ之间）比较有效。　如果在非均匀的微测辐射热计阵列的所有探测器上外加相同电压偏置，即使在很小的基底温度范围内，积分　

输出相对于光信号响应率也会发生显著变化。文中提出的偏置校正法，在微测辐射热计阵列上外加非均匀性电　压偏置，允许红外焦平面工作在较大范围的器件基底温度下。首先介绍传统的两点校正法，然后对偏置校正法的　

改进的红外图像神经网络非均匀性校正算法

摘 要：红外焦平面阵列（IRFPA）像元响应存在不一致性，会严重影响红外成像系统成像的质量，实际应用中需要采用响应的非均匀性校正（NUC）技术。传统的神经网络校正算法在校正结果中存在图像模糊和伪像的问题，影响人们对于目标的观察。在分析了传统的神经网络性校正算法所出现问题原因的基础上，提出了有效的改进算法：用非线性滤波器代替传统算法中使用的均值滤波器。算法改进之后所得到的校正图像，不仅在清晰度方面有明显的改善，而且有效的消除了传统算法中存在伪像的问题。

关键词：非均匀性；神经网络；模糊；伪像

中图分类号：TN215 文献标识码：A

Improved infrared image neural network non-uniformity

correction algorithm

Abstract：The responsive of infrared focal plane arrays (IRFPA) is different; it will affect the quality

of imaging system seriously. Non-uniformity correction technology will need in practical application. The

calibrated images have the problems of blurring and existing ghost artifacts when use the traditional neural

network correction algorithm. And it is bad for the observation of the target. After analysis the reasons for

the problems in the traditional neural network correction algorithm，proposed the improved algorithm.

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IRFPA响应的

非均匀性校正的算法研究

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一． IRFPA响应的非均匀性产生原因…………

二． 常见的非均匀性校正方法的原理

三． 两点标定法及改进思路

四． 自适应算法的介绍和改进

五． 盲元替代的实现

附录一：用于实现两点标定法和盲元处理的MFC源程序

参考文献

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一． IRFPA响应的非均匀性产生原因

为了对IRFPA响应的非均匀性进行校正，我们有必要先对它的定义和成因进行介绍。

红外成像过程可以描述为目标和背景的红外辐射通过大气和光学系统传输后到达红外焦平面阵列（infrared focal plane arrays, IRFPA），红外探测器把辐射信号转换为电信号，然后经过读出电路输出显示的过程。因此，IRFPA响应输出是目标辐射特性、大气传输特性、光学系统特性、器件响应特性等诸多因素共同作用的结果。依此，我们可以把影响红外成像质量的因素分为四种：响应的非均匀性，响应的漂移特性，盲元，目标辐射的对比度。对于目标辐射的对比度，由观测对象决定，但可以通过图像增强的方法进行改善。本文主要讨论前三种。

对于理想的IRFPA，假定输入辐射均匀且相同的话，那么每个探测器的输出信号应该完全相同。但事实上，由于制作工艺，材料质量等因素的影响，每个探测器在阻抗，容抗，热敏面积，电阻温度系数等参数方面均有差别，因此输出信号幅度并不相同，即产生固定图案噪声( Fixed Pattern Noise , FPN )，这种不一致就是IRFPA响应的非均匀性。

1999年中华人民共和国国家标准红外焦平面阵列参数测试技术规范中的关于非均匀性(NU)的定义如下：

(1-1)

其中V表示红外焦平面阵列上所有有效像元的输出信号平均值(在计算输出信号的和以及非均匀性时，均不包括无效像元的信号值)，M和N分别为焦平面阵列的行数和列数，d为焦平面阵列中的死像元数，h为焦平面阵列中的过热像元数。盲元包括死像素和过热像素。死像素指响应率小于平均响应率的1／10的像素；而过热像素就是响应率大于平均响应率10倍的像素。