1、第6講 基于參考輻射源的非均勻性校正算法 6.1 非均勻性校正原理 6.2 基于參考輻射源的非均勻性校正 6.3 一點(diǎn)校正算法 6.4 兩點(diǎn)校正算法6.1 非均勻性校正原理在紅外焦平面陣列中，雖然每一個(gè)單元探測(cè)器的響應(yīng)函數(shù)是一個(gè)非線性函數(shù)，但是在一個(gè)較小的工作范圍內(nèi)，探測(cè)器的響應(yīng)曲線可以近似地看作為直線，且假定探測(cè)器的響應(yīng)具有時(shí)間上的穩(wěn)定性，則紅外焦平面陣列中單個(gè)探測(cè)器的響應(yīng)輸出可以用一個(gè)線性方程來(lái)表示 陣列中探測(cè)器單元的坐標(biāo) 在該照度下增益系數(shù)（或響應(yīng)率） 入射到探測(cè)器單元上的輻照度 在該照度下偏置（或暗電流） 焦平面陣列的非均勻表現(xiàn)為各探測(cè)器單元之間的差異。 和IRFPA 探測(cè)器響應(yīng)曲線的

2、線性模型 非均勻性校正的基本設(shè)計(jì)思想：和對(duì)各探測(cè)器的兩個(gè)參數(shù)因此校正的關(guān)鍵就是精確地測(cè)量出 作歸一化處理。和最直接的方法: 在兩個(gè)不同的輻照度下 下測(cè)出和每個(gè)探測(cè)器單元的響應(yīng)。則有 和聯(lián)立，可得： 或但是，這種方法校正的缺點(diǎn)： 輻照度和輸出信號(hào)難以同時(shí)被精確地測(cè)量，而且定標(biāo)輻射源不穩(wěn)定的影響很大，所以實(shí)現(xiàn)起來(lái)很難。于是人們就提出了多種基于參考輻射源的非均勻性校正算法。 6.2 基于參考輻射源的非均勻性校正算法基本思想：1）利用參考輻射源給紅外焦平面陣列提供均勻的輻照度，對(duì)每個(gè)探測(cè)器單元的響應(yīng)輸出進(jìn)行測(cè)量； 2）由此計(jì)算得出各探測(cè)器單元的校正參數(shù)；3）當(dāng)紅外焦平面陣列接收到實(shí)際目標(biāo)場(chǎng)景輻照度時(shí)，

3、用各探測(cè)器單元的相應(yīng)校正參數(shù)對(duì)其輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)的校正。按參考輻射源定標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)分為 一點(diǎn)定標(biāo)校正 兩點(diǎn)定標(biāo)校正 多點(diǎn)定標(biāo)校正一般來(lái)說(shuō)，由于探測(cè)器單元的響應(yīng)特性并非呈理想的直線，所以參考定標(biāo)點(diǎn)越多，即插值節(jié)點(diǎn)越多，校正精度越高。 6.3 一點(diǎn)定標(biāo)校正算法算法原理算法實(shí)現(xiàn)算法分析算法原理 假定探測(cè)器單元的輸出信號(hào)與接收到輻照度呈線性關(guān)系。選取輻照度 作為定標(biāo)點(diǎn)，對(duì)紅外焦平面陣列所有探測(cè)器單元的輸出信號(hào) 求平均得： 其中MN為焦平面陣列中探測(cè)單元總數(shù)。則任一探測(cè)器單元(i,j)輸出的平均差值（即校正系數(shù)）為 各探測(cè)器單元響應(yīng)直線 實(shí) 時(shí) 校 正 在系統(tǒng)工作過(guò)程中，在輻照度 下，第(i,j)個(gè)探測(cè)器單元

4、的輸出值 減去該探測(cè)器單元的校正系數(shù) 就得到校正值 為一點(diǎn)定標(biāo)校正算法的優(yōu)點(diǎn)很明顯，它只需測(cè)出紅外焦平面陣列在一個(gè)均勻輻照度下各個(gè)探測(cè)器單元的輸出，即可計(jì)算得出校正參數(shù)，定標(biāo)測(cè)量容易實(shí)現(xiàn)，算法相當(dāng)簡(jiǎn)單。校正示意圖但是這種算法的缺點(diǎn)也很大，從算法和示意圖中可以看出該算法實(shí)質(zhì)上只對(duì)器件的偏置作了補(bǔ)償，而沒(méi)對(duì)增益做校正，即相當(dāng)于將響應(yīng)直線作了位置的平移。校正示意圖當(dāng)目標(biāo)輻射度偏離定標(biāo)點(diǎn)不大時(shí)（如圖中照度2下），校正效果較好；但是當(dāng)目標(biāo)輻照度偏離定標(biāo)點(diǎn)很大時(shí)（如圖照度3下），校正的效果就會(huì)大大地降低。 算法分析 6.4 兩點(diǎn)定標(biāo)校正算法算法原理算法實(shí)現(xiàn)算法分析算法原理 兩點(diǎn)校正法是：通過(guò)測(cè)量陣列中各探

5、測(cè)器單元對(duì)兩個(gè)不同輻照度的均勻黑體輻射的響應(yīng)，并由此計(jì)算出校正值，從而實(shí)現(xiàn)非均勻性校正。 (a) 各探測(cè)器單元響應(yīng)直線(b) 校正直線算法實(shí)現(xiàn)1) 選取兩個(gè)輻射度定標(biāo)點(diǎn) 和，分別紀(jì)錄紅外焦平面陣列中所有NM個(gè)探測(cè)單元的輸出。 和由 和所確定的直線被用作校正直線。 2) 對(duì)這些所有的輸出分別作平均，得 3）在一定照度 與其校正值 下，第(i,j)個(gè)探測(cè)器單元的輸出值 之間存在以下比例關(guān)系： 可求得和令可簡(jiǎn)化為：三點(diǎn)校正公式其中，需要三個(gè)溫度參考點(diǎn)圖像，高溫H，中溫M，低溫L。判斷待校正圖像的像素值范圍，若小于中溫M中對(duì)應(yīng)像素位置的值，用上式。否則，用下式。算法分析由校正公式和算法示意圖可以看出，

6、兩點(diǎn)定標(biāo)線性校正算法側(cè)重于從非均勻性產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)進(jìn)行校正，它需要對(duì)兩個(gè)定標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)每個(gè)探測(cè)器單元得到兩個(gè)校正參數(shù)。該算法不僅對(duì)偏置進(jìn)行了校正，還對(duì)增益系數(shù)做了校正，校正的動(dòng)態(tài)范圍比一點(diǎn)定標(biāo)線性校正算法明顯增大。如果探測(cè)器單元的響應(yīng)具有較好的線性度時(shí)，通過(guò)兩點(diǎn)定標(biāo)線性校正算法來(lái)進(jìn)行非均勻性校正，可以獲得較好的校正效果，且在兩個(gè)定標(biāo)點(diǎn)上的校正效果最好。該算法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量和計(jì)算量都較小，對(duì)每個(gè)探測(cè)單元只需存儲(chǔ)兩個(gè)校正參數(shù)，完成一次乘法和加法，所以算法用軟件或硬件都易于實(shí)現(xiàn)。但兩點(diǎn)定標(biāo)線性校正算法是建立在“探測(cè)器單元響應(yīng)為線性”這一假設(shè)的基礎(chǔ)上的。在實(shí)際情況中，探測(cè)器單元的響應(yīng)通常呈非線性，尤其在輻照度變化范圍比較大時(shí)，其線性度就更差。因此采用兩點(diǎn)定標(biāo)線性校正算法必然引進(jìn)誤差和殘余非均勻性 。處的響應(yīng)被映射到有誤差的顯示輸出當(dāng)使用線性算法時(shí)，在代替了真實(shí)的顯示輸出由圖還可以看出，響應(yīng)非線性造成的殘余非均勻性與定標(biāo)位置有很大關(guān)系，遠(yuǎn)離定標(biāo)點(diǎn)的部分殘余非均勻性較大。當(dāng)我們將兩個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)距離減小時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)由線性近似造成的近似誤差將相應(yīng)減小。因此，要進(jìn)一步提高校正精度，可以通過(guò)在一定的響應(yīng)范圍內(nèi)增加定標(biāo)點(diǎn)數(shù)即減小定標(biāo)點(diǎn)之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是多點(diǎn)定標(biāo)線性校正方法。 其它基于輻射源的非均勻性校正算法也有學(xué)者采用分段線性來(lái)實(shí)現(xiàn)了非均勻性校正，但其是利用最小二乘法來(lái)擬合校正直線的。分段