基于积分时间的IRFPA非均匀性校正方法研究

基于FPGA的红外图像非均匀性校正方法的研究的开题报告1. 研究背景：红外成像技术广泛应用于安防、军事、医学、工程等领域，成像质量的好坏对于图像处理和模式识别等应用有着重要的影响。

然而，红外成像存在着非均匀性问题，即不同位置的像素具有不同的灰度响应特征，导致图像质量较差。

为了解决这一问题，本课题将研究基于FPGA的红外图像非均匀性校正方法。

2. 研究意义：红外成像作为一种非常重要的成像技术，在军事、安防方面具有重要的应用价值。

而红外图像的非均匀性问题则是影响图像质量的关键因素之一。

通过基于FPGA的非均匀性校正方法，可以有效地提高红外图像的质量，在后续处理中起到更好的作用。

3. 研究内容：本课题拟研究基于FPGA的红外图像非均匀性校正方法，具体研究内容包括以下几个方面：（1）红外图像非均匀性特性的分析与建模：通过对红外图像的影响因素进行分析，并建立起红外图像非均匀性特性的数学模型，作为后续研究的基础。

（2）基于FPGA的非均匀性校正算法：针对建立好的模型，我们将研究并设计FPGA的非均匀性校正算法，对红外图像进行有效的校正处理。

（3）系统实现与评估：本课题将建立基于FPGA的非均匀性校正系统原型，并通过与现有方法的比较，对系统的性能进行实验评估。

4. 研究方法：本课题主要采用以下方法进行研究：（1）测量和采集红外图像数据，对数据进行处理和分析。

（2）基于FPGA实现非均匀性校正算法，针对实际红外图像进行验证。

（3）对系统进行性能评估和对比分析。

5. 预期目标：本课题研究的预期目标包括：（1）建立基于FPGA的红外图像非均匀性校正算法。

（2）实现系统原型，并对算法进行优化。

（3）对系统进行性能评估，取得较好的校正效果。

（4）实现论文的撰写和发表。

6. 研究难点：本课题研究中的主要难点体现在以下两个方面：（1）非均匀性建模：红外图像非均匀性问题较为复杂，需要对其进行充分的分析和建模，才能建立起有效的校正算法。

基于场景的红外焦平面阵列非均匀性校正的开题报告一、选题背景及研究意义红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array, IRFPA）已经广泛应用于现代成像技术中，包括红外热像仪、夜视仪等。

然而，对于大规模的IRFPA，由于其制造过程中难以保证每个像元的热电特性一致，因而会出现非均匀性。

非均匀性包含影响图像质量的导热和灰度不均匀性，影响图像细节的像元响应差异和时域噪声等。

为了解决IRFPA的影响图像质量的非均匀性问题，已经产生了多种非均匀性校正方法。

然而，这些方法在实际应用中出现了以下问题：（1）误差建模困难：由于归功于制造批次和时间的影响，对该非均匀性的统计建模可能是不正确的。

因此，误差建模成为一个非常困难的问题。

（2）复杂度高：现有的基于场景的非均匀性校正（Scene-Based Nonuniformity Correction, SBNUC）算法需要大量的计算资源，通常需要在计算机上实时执行。

具有较高的计算复杂度限制了其在实际应用中的广泛使用。

因此，开展对基于场景的IRFPA非均匀性校正算法的研究和优化，尤其是在误差建模和复杂度方面的创新，具有重要的现实意义和学术价值。

二、研究内容本课题主要研究基于场景的IRFPA非均匀性校正算法，主要包括以下内容：1. 误差建模：提出一种准确、高效的误差建模方法，以应对由制造批次和时间等原因引起的非均匀性误差。

2. 算法优化：结合计算机图形学的技术，提出一种高效的基于图像分割的IRFPA非均匀性校正算法。

通过图像分割将整幅图像分为多个区域，然后在每个区域中应用基于场景的非均匀性校正算法。

3. 算法评估：选取多组真实数据及模拟数据进行算法的性能和效率评价。

三、研究方法本课题将使用以下研究方法：1. 利用MATLAB等数学建模工具对不同的误差模型进行建模，并将其与IRFPA输出数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。

2. 结合计算机图形学的分割技术，优化现有的基于场景的非均匀性校正算法，提高算法效率。

适应积分时间调整的红外图像非均匀性校正方法探究摘要：在积分时间进行调整时，红外探测器的响应值会跟着变化，这会影响红外图像的非均匀性校正算法。

为了解决这个问题，提出了一种适应积分时间调整的红外图像非均匀性校正方法。

这种方法通过将各个积分时间、温度的黑体定标数据及理论红外辐射量进行整合标定，解决了在积分时间发生变化时，红外图像不能适时变化的问题。

关键词：积分时间调整；红外图像；非均匀性校正；引言：受到材料、工艺等因素的影响，使得红外图像非常容易出现非均匀性的现象，大大影响红外图像的成像质量。

而自适应变积分时间功能的实现，能够有效地实现红外系统在目标温度适用范围的扩展，促使目标区域能够始终在最佳响应区间开展工作，以保证获取的图像质量更加优质。

1.红外图像非均匀性校正模型的研究1.1红外图像非均匀性校正模型网络结构的设计需要先建立起一个能够用于回归的前向神经网络，该神经网络结构如图1所示，在这个网络结构之中，其输入层为黑体图像X，所对应的积分时间为T。

输出层需要经过网络校正之后进行输出，其损失函数则为校正后的输出与期望值的均方误差和。

图1.网络结构示意图这里所选用的网络基本单元结构如图2所示：图2.网络基本单元在图2中x代表的是单个像元的灰度值，t代表的是积分时间，而m为辐射量期望值，其中a、b、c、d在中所表示的是单个像元的各个校正系数，y表示的是单个像元校正之后的辐射量输出值。

先对实线箭头所指示方向的正向传递之后，再对y进行输出，这时网络再针对输出值y与期望值m之间的均方误差进行求和，并严格依照图中虚线所指示的方向进行反向传递，进而将校正系数展开逐级修正。

1.2校正模型的网络损失函数及梯度反向传递构建损失函数的评估体系，其主要目的是为了能够针对校正模型输出值的准确性进行衡量，而校正系数的相关修正量在计算时，需要通过梯度反向传递原理来具体实施计算。

因此，经过与前馈神经网络的有机结合，获得出相应的输出矩阵Y，定标辐射量矩阵M，进而建立起相应的均方误差和的相应损失函数L以及oss。

基于OO-TDPN的IRFPA菲均匀性校正系统建模研究的开题报告一、研究背景和意义红外焦平面阵列(IRFPA)作为红外成像技术的关键器件，广泛应用于各种领域，如军事目标探测、消防安防监控、医学诊断等。

然而，IRFPA 在制造过程中往往会存在一定的工艺偏差和器件非线性，导致焦平面功率响应的非均匀性，从而影响成像质量和目标检测效果。

因此，对于IRFPA菲均匀性的校正显得尤为重要，尤其是在高分辨率的情况下。

当前，IRFPA菲均匀性校正的研究主要集中在两个方面：一是采用数字后处理算法来校正非均匀性，包括平均化、插值和校正系数、补偿算法等。

这些算法虽然简单易实现，在一定程度上可以提高焦平面的均匀性，但仍然存在校正精度和复杂度受限等问题；二是采用硬件方法来校正焦平面非均匀性，如反演电容稳态测量法、自适应偏置法、时间域校正方法等。

这些方法虽然可以提高校正效果和精度，但需要消耗大量的计算资源和芯片功耗，且具有一定的复杂度，适用性相对较低。

在此背景下，基于面向对象的时间离散Petri网(OO-TDPN)，将IRFPA焦平面单元的阻抗、偏置电位和输出信号等抽象为对象，利用面向对象的方法建立IRFPA菲均匀性校正系统模型。

该模型的建立可以实现对IRFPA焦平面非均匀性进行全面、准确的分析和建模，进而推导出最佳校正方式，为IRFPA菲均匀性校正提供有效手段，提高成像质量和目标检测效果。

二、研究内容和关键技术本文的研究内容主要包括：1. 建立IRFPA焦平面单元的对象模型，将焦平面单元的阻抗、偏置电位和输出信号等抽象为对象，并考虑其相互作用关系、时序关系和空间关系等因素。

2. 基于OO-TDPN模型，建立IRFPA菲均匀性校正系统模型，包括校正流程的建模和校正算法的建模。

其中，校正算法采用改进的自适应偏置法。

3. 分析IRFPA焦平面非均匀性的校正效果和精度，评估校正算法的性能和适用范围。

本文的关键技术包括：1. 面向对象的时间离散Petri网建模方法。

基于场景运动分析的红外焦平面阵列的非均匀性校正研究的开题报告一、选题背景红外焦平面阵列（IRFPA）作为红外探测器的核心部件，在军事、民用、医疗等领域中发挥着重要作用。

IRFPA的非均匀性是其采集的图像中最主要的噪声源之一，因此对IRFPA进行非均匀性校正具有重要意义。

目前，IRFPA的非均匀性校正已取得了一定的进展，但随着红外成像技术的广泛应用，红外图像的多场景、多时间、多尺度等因素的影响，使得原有的非均匀性校正策略面临着新的挑战，如何准确地补偿不同场景下的非均匀性，成为了该领域研究的热点问题之一。

二、选题意义红外图像广泛应用于卫星遥感、安防监控、医学影像等领域，图像的质量直接影响到结果的可靠性和准确性。

IRFPA中的非均匀性影响着红外图像的灰度值、噪声、对比度等方面，因此进行准确的非均匀性校正，可以提高红外图像质量，为后续的图像处理和分析提供更加可靠的数据基础。

本文将以基于场景运动分析的非均匀性校正为研究方向，提出一种基于统计的校正方法，通过对不同场景下的IRFPA数据进行运动分析和统计分析，得到不同场景下的非均匀性特点和变化规律，并依据这些特点和规律进行非均匀性校正，以改善不同场景条件下的红外图像质量，提高红外成像技术的性能和应用价值。

三、研究内容及方法1. 红外焦平面阵列的构成与特点，介绍IRFPA的工作原理及其非均匀性的形成机制。

2. 基于场景的非均匀性校正研究，将针对不同场景下的非均匀性特点开展统计分析和研究。

首先通过场景运动分析方法，确定不同场景下IRFPA的运动情况和变化趋势；然后利用样本集的方法，对不同场景下的非均匀性特点进行统计分析和建模，以得到不同场景下的非均匀性参数。

3. 构建非均匀性校正模型，基于场景分析和统计建模结果，建立非均匀性校正模型，通过对IRFPA数据进行非均匀性校正，以改善不同场景条件下的红外图像质量。

4. 系统实现与性能评估，使用实际IRFPA数据进行实验验证，通过与传统校正方法的比较，评估所提出方法的可行性和优越性。

热释电IRFPA非均匀性校正实验系统研究程瑶;王玉菡;袁祥辉【摘要】采用虚拟仪器技术,设计了基于LabVIEW软件平台的热释电IRFPA(红外焦平面阵列)非均匀性校正系统.该系统可通过控制面板选择校正算法,选取3种不同的标准像元的标准校正曲线.可以对IRFPA待校正的像元输出进行采集,对非均匀性参数进行测试,还可以进行非均匀性校正.系统通过三维波形以及图像的显示来观察校正前后对比,并能计算出校正前后的NU(非均匀性)值大小.对像元数为120×160的热释电IRFPA输出的视频信号进行了非均匀性校正实验,对非均匀性校正算法进行了统计对比,对仿真结果及数据进行了分析总结.经过校正实验验证了系统的可行性,结果证明基于平均值法的两点定标算法对热释电IRFPA非均匀性校正后的NU 值是最小的.通过统计数据得出校正后的NU可平均下降30％.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2014(035)001【总页数】5页(P106-110)【关键词】热释电IRFPA;非均匀性;校正;虚拟仪器【作者】程瑶;王玉菡;袁祥辉【作者单位】重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆 400050;重庆理工大学电子信息与自动化学院重庆 400050;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TN215引言红外系统在理想情况下，红外焦平面阵列受均匀辐射，输出幅度应完全一样。

但实际上，在制作器件的半导体材料不均匀、掩膜误差、缺陷、工艺条件等影响下，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［1］，这就是红外焦平面阵列响应的非均匀性。

红外图像的非均匀性，是制约IRFPA发展和应用的重要因素，不但降低了成像灵敏度和系统稳定性，还降低了成像系统的机械复杂程度，极大地限制了成像系统的性能发挥，特别在低对比度的红外成像中，对成像质量的影响更为严重，使获取的图像信号模糊、畸变，提取不出图像信号特征，甚至使红外传感器失去其探测能力。

基于FPGA的IRFPA非均匀性自适应校正算法实时实现王炳健;刘上乾;汪大宝
【期刊名称】《半导体光电》
【年(卷),期】2008(29)4
【摘要】红外焦平面阵列(IRFPA)的非均匀性校正(NUC)是红外图像处理系统中的重要环节。

在研究了基于神经网络的NUC算法的基础上,提出了一种采用FPGA 基于神经网络的非均匀性自适应校正算法实时实现硬件方法,该方法利用流水线技术和并行处理结构,大大提高了系统的运算速度,特别适用于大面阵、高帧频红外焦平面成像系统;而且系统仅利用了一片FPGA,体积小,功耗低,便于系统的小型化。

【总页数】4页(P583-585)
【关键词】红外焦平面阵列;非均匀性自适应校正;神经网络;FPGA;实时实现
【作者】王炳健;刘上乾;汪大宝
【作者单位】西安电子科技大学技术物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN216
【相关文献】
1.基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应非均匀性校正算法 [J], 刘崇亮;金伟其;范永杰;曹扬;刘秀;刘斌
2.基于FPGA & FLASH实现非制冷IRFPA实时两点校正的研究 [J], 吴和然;张宁;周云;邢彦敏;蒋亚东
3.基于FPGA的IRFPA联合非均匀性校正的实时实现 [J], 杨虎;高昆;倪国强;赵姝文;卢蓉
4.基于FPGA的IRFPA联合非均匀性校正的实时实现 [J], 杨虎;高昆;倪国强;赵姝文;卢蓉
5.基于函数拟合的IRFPA非均匀性校正及其FPGA实现 [J], 李恩科;殷世民;刘上乾
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摘要基于非致冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array, UFPA)的探测系统由于其功耗低、重量轻、体积小，开机预热时间短及成本低等优点备受国内外关注，在军事和民用领域拥有广阔的应用前景，是今后红外焦平面技术(IRFPA)的主要发展方向之一。

在非致冷红外焦平面技术中，非致冷型微测辐射热计(Uncooled Microbolometer, UMB)的发展最为迅速，并且获得了令人瞩目的成就。

受到材料和制作工艺等因素的影响，UMB探测阵列的非均匀性比较大。

非均匀性的存在，不仅提高了对阵列接口电路的动态范围的要求，并且严重影响着红外传感器的成像质量，使获取的图像信号模糊不清、畸变，甚至使传感器失去探测的能力。

非均匀性必须通过校正来改善，常规的增益和偏移两点非均匀性校正方法受衬底温度影响非常大，即使在校正后，随着衬底温度的漂移，非均匀性又会再次增大，需要热电致冷/加热器和高精度温控电路将衬底温度波动控制在很小范围内(0.005-0.025K)。

针对该问题，本文受国家自然科学基金项目(No. 60377036)资助，从读出电路设计的角度出发，研究一种能够克服衬底温度漂移影响的非均匀性校正读出电路方案，从而避免使用高精度的控温装置，使系统简化并降低成本。

论文以计算机仿真和电子CAD技术作为手段，对UMB非均匀性及其校正读出电路展开研究。

论文首先对UMB探测元机理、结构、参数及性能指标做了阐述和分析。

建立了微测辐射热计热敏单元的热平衡方程，分别对不施加偏置和施加偏置两种情况下的热平衡过程做了定量计算和数值仿真。

在此基础上，本文着重研究了微测辐射热计的非均匀性及其校正技术。

详细阐述了探测器的非均匀性及瞬态噪声的定义、来源，利用计算机仿真分析微测辐射热计单元的特性参数对阵列非均匀性的影响。

接着论文研究了读出电路的结构体系和UMB的信号转换电路，分析了容式跨阻放大器(Capacitive Transimpedance Amplifier, CTIA)读出方式的工作原理和非均匀性，并推导了该读出方式下探测元的响应率，然后计算了噪声等效功率、噪声等效温差和比探测率等性能参数。