一种自适应红外图像非均匀性校正方法及其FPGA实现
红外图像非均匀性校正

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:AImproved infrared image neural network non-uniformitycorrection algorithmAbstract: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. Replace the mean filter, which used in the traditional algorithm, by the nonlinear filter. The corrected image by the improved algorithm not only a marked improvement in clarity, but also effectively eliminate the problem of artifacts in traditional algorithms.Keywords:Non-uniformity; Neural network; Blurring; Ghosting artifacts0引言红外技术是20世纪初新出的一种不可见光技术,目前已被广泛应用于军事和民事领域,如红外探测,红外监视等。
红外成像系统非均匀性快速校正方法

红外成像系统非均匀性快速校正方法红外成像系统是一种利用物体所放射的红外辐射图像来研究物体表面温度分布的一种技术。
在此技术中,成像系统测量物体表面的不断变化的温度,并将其以数字形式传递给计算机,以便进行图像处理和分析。
然而,在红外成像系统中,成像系统的感受器非均匀性会导致图像质量下降,降低对物体表面温度分布的准确度。
因此,人们需要对红外成像系统进行非均匀性快速校正。
本文将介绍一种红外成像系统非均匀性快速校正方法。
校正步骤如下:第一步:对系统进行预热。
在进行非均匀性快速校正之前,需要确保红外成像系统已经预热。
由于数字红外成像系统是基于变差电阻器制造的,因此这种设备必须在10-30分钟内进行预热,以获得最准确的非均匀校正结果。
第二步:选择一个可见光相同区域的点。
在非均匀性快速校正过程中,应选择一个可见光相同区域的点作为校正点。
在该点附近,可以确定一个区域,以此确定成像系统的校正系数。
其次,在选择校正点时,应选择具有相对稳定温度的物体,以避免校正结果受到外界温度的干扰。
第三步:测量校正点的温度。
在选择了一个可见光相同的校正点之后,需要测量该点的温度。
可以使用一个温度计或其他合适的测量设备进行测量。
此外,在测量过程中,应确保温度计和红外成像系统的范围和标定方式相同。
这可以确保准确度的一致性。
第四步:确定校正系数。
在测量了校正点的温度之后,需要确定校正系数以进行校正。
这需要测量在红外成像系统中检测到的校正区域中的每个像素的参数值。
根据这些值,可以计算出一个在该区域内的校正系数。
这个系数可以被应用到整个图像中,从而对红外成像系统的非均匀性进行校正。
第五步:进行校正。
在确定了校正系数之后,我们可以对不规则成像系统进行校正。
这可以通过将校正系数应用到整个图像中来实现。
在校正后,无论是图像的温度测量还是温度差异均可更加准确。
总体来说,这种红外成像系统非均匀性快速校正方法可以快速有效地进行红外成像系统的非均匀性校正。
一种改进的自适应非均匀性校正算法

应, 即传 感 器 将 目标 场 景 的信 号 变 量 ( 照度 ) 辐 通 过线 性 响应转 化为 测 量值 Y 灰 度 值 ) ( 。第 i 行 列
的探 测元 的 响应模 型可 以写 为 Y ( ) g ( ) ( )+ t t = f t O() () 1
式 中 g ( ) 探 测 元 响 应 特 性 的增 益 系 数 。 t是 O() t是偏 移 系数 。
步提高 图像质 量 的瓶 颈 。扫描 型成 像 系统 通 过沿
个方 向对 场景进行 扫描获得 图像 , 因此 存在 明显 的
一
固定 图案 噪声 , 为水 平或竖直 的亮 暗条纹 。这些 表现 条纹严重影 响 了 图像 的分辨 率 。在工 程使 用 中几 乎
毫无例外地 都要进行 非均匀性校 正 。 基 于场景 的 非 均 匀 性 校 正 算 法 是 目前 研 究 的
第1 0卷
第1 2期
21 0 0年 4月
科
学
技
术
与
工
程
Vo.1 No 2 Ap .2 0 1 0 .1 r 01
17 — 85 2 1 )22 8 .3 6 11 1 (0 0 1 .9 40
S in eTe h oo y a d En i e rn c e c c n lg n gn ei g
部像素处理 , 以单帧 内完成非均匀 性校 正。仿真 结果表 明该算 法能够有效地去 除非均匀性 引起的横条 纹, 可 并且 算法具有很 好 的实时性, 能够满足高速实 时图像处理 的要求。 关键词 线列焦平 面陈列 非均匀性校正 恒定统计
中图法分类号
T 3 1 S i eh E gg 00 c T c. nn . .
红外成像非均匀性校正技术研究

红外成像非均匀性校正技术研究红外成像技术在军事、安防、医疗等领域具有广泛应用,但其成像过程中存在的非均匀性问题一直是制约其成像质量的关键因素之一。
红外成像非均匀性主要体现在图像中心亮度较高,边缘亮度较低的现象。
为了提高红外成像的质量,研究人员开展了红外成像非均匀性校正技术的研究。
红外成像非均匀性的产生主要是由于红外探测器在制造过程中存在的制造差异以及工作过程中的温度波动所引起的。
红外探测器的制造差异包括器件材料、探测单元数量等因素。
而温度波动则会导致红外探测器的灵敏度发生变化,进而影响成像的质量。
因此,研究人员通过对红外探测器进行校正,以消除这些非均匀性。
目前,红外成像非均匀性校正技术主要分为两种方法:硬件校正和软件校正。
硬件校正是通过在红外探测器上增加校正电路和校正器件来实现的,可以对每个像素点进行校正,但成本较高。
软件校正则是通过算法处理的方式,将非均匀性信息存储在一个表格中,在成像时进行处理,可以降低成本,但对算法的要求较高。
在软件校正方法中,最常用的是查找表法。
该方法通过在红外成像系统中加入一块低温黑体,通过调整不同像素点的增益和偏置来校正非均匀性。
此外,还有基于统计学方法的校正技术,例如使用平均值、中值、高斯滤波等方法来消除非均匀性。
此外,还有一些新的红外成像非均匀性校正技术正在不断发展中。
例如,基于深度学习的方法可以通过训练神经网络来实现非均匀性校正。
通过大量的样本数据进行训练,网络可以学习到非均匀性的特征,并进行校正。
这种方法具有较高的准确性和实时性,但对训练数据的要求较高。
总之,红外成像非均匀性校正技术在红外成像领域具有重要的意义。
通过对红外探测器进行校正,可以提高红外成像的质量,拓宽其应用范围。
随着技术的不断发展,相信在未来会有更多更先进的非均匀性校正技术出现,进一步推动红外成像技术的发展。
红外图像实时非均匀性校正技术研究及硬件实现的开题报告

红外图像实时非均匀性校正技术研究及硬件实现的开题报告以前,红外图像非均匀性(NU)是因为在使用红外测量仪器(如热成像仪)时,红外探测器中的感应材料并没有被制作得非常均匀。
因此,NU 矫正技术已经成为热成像仪研究中的重要焦点。
虽然这个问题已经被传统技术很好地解决了,但实时NU矫正仍然是一个挑战。
本论文的目的是研究和实现基于 FPGA 的实时 NU 矫正技术。
通过将 NU 地图从红外探测器中提取出来,并实现一个硬件平台以运行NU的算法,来达到实时NU矫正的目的。
硬件部分由热成像器,FPGA,SDRAM和液晶屏组成。
本论文将重点介绍基于 FPGA 的实时 NU 矫正算法和结构实现,并详细分析其算法和硬件运行机制。
首先,我们将介绍NU的算法,包括NU校正、NU地图提取和NU 地图更新等内容,并详细描述它们的实现步骤。
然后,我们将介绍基于 VHDL 的硬件设计流程,包括模块的设计、测试以及模块之间的连接,以实现NU校正的算法。
为了实现实时 NU 矫正,我们使用了SDRAM和FIFO缓冲区将大量的数据存储在FPGA 中,并用DMA 控制器实现数据的传输。
其中,在算法实现过程中,采用了一种比较速度更快的方法,即硬件实现的NU更新方法,以达到实时NU矫正的目的。
最后,我们将对硬件和算法的设计进行测试,并将测试数据与现有的软件矫正方法进行比较和分析。
测试结果表明,实时 NU 矫正算法能够在 FPGA 中良好地工作,并且具有比现有方法更高的实时性。
因此,这篇论文的主要研究内容是在硬件平台上实现基于 FPGA 的实时 NU 矫正技术。
该技术不仅提高了热成像仪的成像质量,还为热成像技术在医学、工业和安全等领域的应用提供了更广泛的应用前景。
一种新的基于场景的红外图像非均匀性校正算法

但其 固有 的非 均匀性 会 严重 影响 其成 像质 量 ,
因此必须进行非均匀性 校正 . 产生非均 匀性 的主 要原 因是 探测 器 中各像 元 的响应 特性 不一 致 。
目前 国 内外所 采用 的校 正技 术总体 可 分为 两大
类 :基 于定 标 的校正 技术 和基 于 场 景 的校正 技
t eg i a i b t e nd tco n t a jc n elt eg i n f e o rcin c n b e ie y h an rt ew e eet ra d i a e tcl h ana d o stc reto a era z d b o sd , l
摘 要 t 据传 统 两点 法 的基本 思想 ,提 出了一种 基于 场景 的红外 焦平 面 阵列 成像 非 根 均匀 性校正 算法。利 用各 探测器 单元 的增 益 比率与相 邻单 元 的增 益 比率 的相 关性,迭 代实现增 益和偏移 量 的校正,从而减 小其 图像 的非均 匀性.
关键词 :红外焦平 面 阵列;非 均匀性校 正;相 关性 中图分 类号 : T 25 文献标 识码 : A N 1
2 算 法 的基本 原 理
假 设两个 相邻像 元 A和 B对 应 于两个 场景
收稿 日期- 050-9 20-82 作者简介一国亚双 ( 8 ——) 10 9 ,女,辽 宁铁岭人,硕士,现从事红外 图像处理方 面的研 究工作.
IFA E M N HY /V L2, o3 NR R D(O T L) O . N .,MA 0 6 7 R20
A bs r c : Ac o d n o t e b sc ie ft et a to a wo p itc re to e h d, e I t a t c r i g t h a i d a o h r diin lt - o n o rc in m t o a n w RFPA n n・ n fr iy c re to l o ih a e n t e s e e i e eo e o u i m t o rc in ag r m b d o h c n s d v lp d. Ta n s ft e c rea in o o t s kig u e o h o r lto f
基于FPGA的红外图像实时非均匀性校正
此, 为充分 利 用 探 测 器 的 性 能 , 高 系 统 的作 用 距 提
激 光 与 红 外
N . 2 1 o6 01
吕 雷等
基 于 F G 的 红 外 图 像 实 时 非 均 匀性 校 正 PA
63 4
t d e ha e e tfr i fa e m a e b sn i an n nc m n o nr r d i g y u ig FPGA on
为探 测器是 对均 匀 背景 成 像 , 测 器 的 响应 也 应 该 探 是均匀 的 , 此 可 以对 偏 移 因 子进 行 修 正 。修 正 方 据
p r te t o p i t me h d o o u i r t or c in u i g t e F GA h r w r s ito u e . e , w o n s t o fn n nf mi c r t s h P a d a e i n r d c d h o y e o n
刊 ) 12 :0 7—1 3 . 00
偏 移 系数修正 时采 集 图像 帧数 的确定 需要 综合 考虑
修 正时 间和修 正精度 的影 响 , 集较 多帧进 行平 均 , 采 可 以更好 的抑 制噪声 , 但需 要更 长 的时间 , 一般情 况 下采 集 l 6帧 图像 就可 以达 到较好 的修 正精度 , 正 修
非均 匀性 ( U) N 指的是 F A在外 界 均匀 光 强 照 P
非 均匀性 校 正的方 法 , 中有 的 已经应用 , 的正在 其 有 理论 探 索和实 验 室 研究 阶段 。 总体 分 为 两大 类 : 基 于定 标 的校 正 算 法 ( 如 两 点 校 正算 法 、 点 校 正 例 多 算法 、 多项 式 拟 合 算 法 等 ) 基 于 场景 的 校 正算 法 和 ( 如时域 高通 滤波算 法 、 经 网络 算 法 等 ) 目前 例 神 。 最成熟 的 , 也是 应用 的最 多的还 是两 点校正算 法 , 它 算法 简单 , 计算 量小 , 于 硬件实 现实 时校正 。 便
一种校正红外成像系统快门非均匀性的方法
一种基于恒定统计的红外图像非均匀性校正算法
一种基于恒定统计的红外图像非均匀性校正算法孟思岐;任侃;路东明;顾国华;陈钱【摘要】For infrared focal-plane array imaging system,scene-based non-uniformity correction is key technique to deal with fixed patternnoise.Existing algorithms are mainly restricted by convergence speed and ghosting artifacts.In this paper,a novel adaptive scene-based non-uniformity correction technique is presented,which is based on constant-statistics method (CS).Utilizing temporal statistics of infrared image sequences,the proposed method applies an alphatrimmed mean filter to estimate detector parameters and minimize sample asymptotic variance estimate.Performance of proposed technique is evaluated by simulation and real non-uniformity image.Experimental results show the proposed method inherits characteristics of fast convergence of CS method and increases peak signal to noise ratio by 44.5% and 32.9% respectively,and image ghost problem is improved obviously.%对红外焦平面阵列成像系统而言,基于场景的非均匀校正技术是处理固定图案噪声的关键技术.现有的非均匀校正算法主要被收敛速度和鬼像问题所限制.提出一种新的基于恒定统计算法的自适应场景非均匀校正技术.利用红外图像序列的时域统计信息结合提出的α修正均值滤波来估计探测器的参数,通过减少样本的渐进方差估计,完成成像系统的非均匀性校正.通过模拟和真实的非均匀性图像对算法的性能进行评价.实验结果表明,在继承恒定统计算法快速收敛的同时,图像峰值信噪比较恒定校正法及常系数α校正算法分别有44.5%和32.9%的提升,图像鬼像问题有明显改善.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】5页(P304-308)【关键词】红外焦平面阵列;非均匀性校正;恒定统计;修正均值滤波【作者】孟思岐;任侃;路东明;顾国华;陈钱【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京 210094【正文语种】中文【中图分类】TN216由于红外焦平面阵列具有高分辨率、高帧频以及良好的探测能力,故而迅速成为红外成像技术的主流设备。
基于FPGA的红外图像非均匀性校正系统设计
基于FPGA的红外图像非均匀性校正系统设计摘要:针对红外图像成像的非均匀性分布特性,本文以FPGA为核心器件运用中值直方图均衡算法对红外图像的非均匀性矫正。
实验表明该方法对红外图像的固定模式噪声消减效果明显,且具有实现速度快、实时性高的优点,利于系统小型化的实现。
关键词:FPGA 红外图像非均匀性校正中值直方图均衡化随着科技的发展,在进行红外图像处理时对图像处理系统的要求越来越高,因此系统处理数据的高效性、快速处理能力和大数据量的吞吐能力是系统选定时的先决条件。
目前,大多红外图像非均性校正的研究都采用DSP+FPGA结合的方式[4],先由DSP完成校正系数的计算,然后由FPGA完成非均匀性校正。
研究对DSP的工作频率要求一般为几百兆赫兹,同时需要DSP与A/D转换器、DSP与显示模块之间加上存储器作为数据缓存,尤其是工作频率的增高,导致系统高频噪声增加,从而使模拟部分的噪声增大,降低了系统的温度分辨率。
本文采用Altera公司的Cyclone IV系列芯片FPGA(EP4CE115F29)单独完成实验,该芯片具有6K到150K的逻辑单元和高达6.3Mb的嵌入式存储器,360个18×18乘法器,可以实现DSP处理密集型应用;高达3.125Gb的数据速率可以很好的对图像进行实时性处理。
目前非均匀性校正算法主要分为两大类:基于参考源的非均匀性校正[2]和基于场景的非均匀性校正[3]。
第一类方法具有较高的校正准确度,且实时性高;但在标定过程中成像系统需要暂停工作,使系统处理速度降低;第二类类方法具有自适应性校正的特点,但绝大部分算法都需要估计真实场景值,增加了对具体场景的环境要求。
本文针对红外焦平面非均匀性成列分布的特性,采用中值直方图均衡算法[1]对红外图像进行非均匀性行校正。
1 中值直方图均衡算法1.1 算法原理基于红外焦平面都采用行积分格式处理,而行积分处理导致图像的非均匀性表现在列与列的响应差异上,假设红外图像间像素灰度是连续的,那么单幅红外图像中相邻列之间的差别在统计意义上是很小的,这意味着两个相邻直方图几乎是相等的。
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fc l ln ra e l i .Sn et emo icto u g n sa d d i h o fc n df ain o a a eary i ra me ic h df ainj d me ti d e nt ec e i tmo ic t , p n t i i e i o
A bs r c : An a a tv e h d f rc r e tn h o n f r iy o fa e m a e n t p e n a tat d p i e m t o o o r c i g t e n nu i m t f n r d i g sa d is i l me t - o ir m to n FPGA r r s n e in o a e p e e t d.Th e h d c n c l u a e t e c r e to a t r i e l i n e p h g e m t o a a c l t h o r c i n f c o n r a me a d k e i h t c r e to ua iy o r c i n q l .Fis l , r d t o a wo po n o r c i n m e h d i s d t b a n i ii l o r c i n t r ty a t a ii n l t - i t c r e to t o s u e o o t i n ta r e to c c e ce t .Th n, h o r c i n c e c e t r o i e c o di g t h e p n e c a a t rs i s o o f in s i e t e c r e t o o f in s a e m d f d a c r n o t e r s o s h r c e itc fa i i
DU L。 HA Ba -u . ANG Lnb iZ O oj n T i— 0
(col f nomai n l t nc, eigIsi t o eh ooy B in 08, hn) Sh o o f I r t nadEe r i B in t ue f cn l , eig 10 1 C ia o co s j n t T g j
文章编号t 17—7521)60 1-3 6288(0 1 图 像 非 均 匀 性 校 正 方 法 及 其 F 实 现 PGA
杜 丽 赵保 军 唐 林 波
( 京理 工 大 学 信 息 与 电子 学 院 ,北 京 108) 北 00 1
正判断,很 大程度 地 改善 了传 统校 正过程 中的逐渐模糊和鬼 影 的不足。最后在 F G P A硬
件平 台上 实现 了该 方法。 试验 结果 满足 实 时性和非均匀性 的要 求, 对环境 的适应性较 强。 关键 词:红外 图像;非均匀 性校 正; 自适 应算 法; F G PA
中图分类号 : T 26 文献标 识码 : A N 1 DO : 1. 6/ in17—75 01 6 0 I 0 99js . 2 8. 1. . 4 3 .s 6 8 2 0 0
摘 要: 绍 了一种 自适应红外 图像 非均 匀性校正方 法及 其 F G 实现。该 方法 能够实 介 P A 时计 算校 正系数,并能够保 证校正质量。首先利用 两 点定标校 正法获得初始校 正系数, 然后根 据焦平面阵列元 的响应特 性实 时修正校 正系数,并 通过在系数修正过程 中加入 修
t e me h d o e c m e h o l ms o u rn fe t a d g o tn .Fi a l , h t o s i h t o v ro st e pr b e f bl r i g e c n h s i g n l t e me h d i mplm e t d y e ne o h l t o m fFPGA . e t s e ul s o ha h t o a e h e l i e a o u i r n t ep a fr o Th e tr s t h ws t tt e me h d c n me t t er a — m nd n n n f m t o r qu r m e t n a o d a a t b l y t n io m e t e ie n sa d h s a g o d p a i t o e v r n i n. K e o ds y w r : i f a e m a e n n n f r t o r c i n; da tv l o ihm;FPGA n r d i g ; o u i miy c r e to a p i e a g rt r o
A n A da i e N o unio m iy Co r c i n A l o ihm o pt v n- fr t r e to g rt fr I r a e m a s a t m pl m e a i n on FPG A nf r d I ge nd I s I e nt t o
0 引 言
随着科 学技 术 和 微 电子 技 术 的发 展 ,现 代
红 外成 像 技术 取得 了长 足 的进 步 。红 外 焦 平面