红外图像自适应的非均匀校正算法

基于FPGA的红外图像非均匀性校正方法的研究的开题报告

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。

红外双边滤波时域高通非均匀性校正

中图分类号：Ｐ９．Ｔ３１４文献标识码：ＡＤＯ：０３６／．ｓ．０１０８２１．７０４Ｉ１．９９ｊｉｎ１０－７．０２０．２ｓ５
Ｉｐｏｅｅｐｒｌｈｇｐｓｌｅｏｕｉｏｍｉｙｃｒｅｔｏｍｒｖｄｔｍｏａｉｈ－ａｓｆｔｒｎｎｎｆｒｔｏｒｃｉｎｉ
ＡｓａｔＴｅｎｎｎｏｔｎｉｅｉｆｒｄｆｃｌｎｊｒａｔｈｈｌｔｔｅｑａｉｆｎｒｒ — ｂｔｃ：ｈｏｕｉｒｙｏｓｉｔｒｅａｐａｅｉａｏｃｒｉｍｉｕｌｙｏａｅｉｒｆｍｉｅｎｈｎａｏｌｓｍａｆｏｗｃｉｓｈｔｉｆｄｍ
ｒｍｅｅｓｍｏｅａｃｒｔ．ｎｅｐｒｍｅｔａｔｔｅｎｗｌｏｔｍｏａｅｔｅｏｈｒｗｏｉｒｖｄａｇｒｈｙａｔｒｒｃｕａｅＩｘｅｉｎａｐｒ，ｅａｇｒｈｉｃｍｐｄｗｉｔｔｅｌｈｉｓｒｈｈｔｍｐｏｅｌｏｔｍｓｂｉｃｒｅｔｇｔｅｓｍｅｖｄｏｓｑｅｃｄｅｔｉｌｔｄｎｉｎｈａｍａｅｉｅｌｕｉｒｔｒｖｈｔｏｃｉｈａｉｅｅｕｎｅａｄｄｗｉｓｍｕａｅｏｓａｄｔｅｓｍｅｉｇｓｗｔｒａｎｆｍｉｔｐｏｅｔａｎｈｅｈｏｙｏｉｃｎａｈｅｅａｂｔｒｅｆｃｆｃｒｅｔｎｔａｃｉｖｅｔｆｔｏｏｒｃｉ．ｅｅｏＫｅｒｓｉｆａｅｏａａｅｒａｎｎｕｉｒｔｏｅｔｎ；ｃｎ — ａｅｂｌｔｒｌｌｒｓＩｎｏｅｔｎｍａｒｙｗｏｄ：ｎｒｒｄｆｃｐｎｌａｙ；ｏ — ｎｆｍｉｃｒｃｉｓｅｅｂｓｄ；ｉｅａｔ；ｚｄｃｒｃｉｔｘｌｏｙｏａｅｅｏｏｉ

光电成像——非均匀性校正

1 SL NM 1 SH NM
由
S
i 1 j 1 N M i 1 j 1
N
M
i, j
( L ) ( H )
S
i, j
(L , S L )
和
(H , S H )
所确定的直线被用作校正
直线。
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
3）在一定照度下，第(i,j)个探测器单元的输出值 S i , j ( )
算法原理算法实现算法分析
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
算法原理
两点校正法是：通过测量阵列中各探测器单元对两个不同
辐照度的均匀黑体辐射的响应，并由此计算出校正值，从而实现非均匀性校正。
1 1 2 2 3 3
S SH H
S S33(( LL)) S S22(( LL)) S S11(( LL))
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
算法原理
假定探测器单元的输出信号与接收到辐照度呈线性关系。
选取辐照度 1 作为定标点，对红外焦平面阵列所有探测器单元的输出信号 Si, j (1 ) 求平均得：
1
1 S (1 ) NM
S
i 1 j 1
N
M
i, j
(1 )
S 3 (1 ) S 2 (1 ) S1 (1 )
第6讲非均匀校正
光电成像实时处理技术
三点校正公式
if (S (i, j ) S M (i, j ))
S (i, j )
S (i, j ) S M (i, j ) S (i, j ) S L (i, j ) Lm Mm S L (i, j ) S M (i, j ) S M (i, j ) S L (i, j )

红外图像背景成因及校正方法分析

曲线。
为：任一像元在辐射通量６下的输出信号（校正为整个焦平０）面阵列在辐射通量下的标准像元的响应输出信号（（）该算法中选用灵敏度最高的像元为标准像元）并令：，
，
在工作区内，可以近似认为探测器的响应与接受的红外辐
２两点线性校正法
两点线性校正法是最早研究的基本方法之一，原理简单，其计算量小，实时实现比较容易，目前焦平面阵列成像系统中使是用最广泛的一种校正方法。从红外图像非均匀性的来源和表现
形式可以看出，如果各阵列元的响应特性在所感兴趣的温度范
系统的温度分辨率等性能显著下降，以至使其难以满足红外成像系统的使用要求，因此，有效地降低探测器的非均匀性噪声便
是不可避免的技术问题之一。
１背景成因
理想情况下，红外焦平面阵列受均匀辐射时，出幅度应完输全一样。实际上，由于制作器件的半导体材料不均匀、艺条件工等影响下，其输出幅度并不相同，这就是所谓的红外焦平面阵列响应的非均匀性，图像上表现为空间固有模式噪声或固定图在
案噪声。非均匀性的主要来源有３方面：（）红外探测系统本身的非均匀性。这种非均匀性主要分１为红外探测器本身的非均匀性及探测器与ＣＤ耦合时产生的Ｃ
围内为线性的、在时间上是稳定的、并假定１ｆ噪声的影响较小，／则非均匀性引入固定模式的乘性和加性噪声。两点线性校正法
射能量成线性关系。根据线性模型的数学公式，只需对直线上两点进行标定测量，可求出直线，而对非均匀性进行便从

基于特征分解的红外焦平面非均匀性校正算法

第２５卷第３期２０１３年３月
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ１．２５，Ｎ：１００１ — ４３２２（２０１３）０３ — ０６０３ — ０４
ｏｗｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐａｔｉａｐ＿ｏｎ — ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆ
ｒｏｗ／ＣＯＩｕｍｎ
．
组合。其中行、列和低频梯度非均匀性决定了整个焦平面非均匀性。同样他们包含加性和乘
度噪声采用多尺度的时域低通滤波，最后合成特征图像完成校正。算法中不需要任何运动补偿或累加计算。校正后没有任何“ 鬼影” 等影响。该方法具有实时性强、计算复杂度低等优点，非常适合工程应用。
性部分。图１所示为焦平面非均匀性包含的特
征
Ｆｉｇ．１ＣｈａｒａｃｔｅｒｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆＩＲＦＰＡ
图１红外焦平面非均匀性包含的特征
基于特征分解的红外焦平面非均匀性校正算法
贺明，王亚弟。，王新赛，路建方，徐华亮，朱玉娜
（１．防空兵学院红外与成像制导技术实验室，郑州４５００５２１；２．信息１：程大学电子技术学院，郑州４５００５２）

红外图像处理

红外辐射测量的基本原理是：目标和背景发出的红外辐射，经大气吸收和散射，能量受到部分衰减，而又加上大气路径辐射的影响，目标的对比度降低。

受到大气扰动的场景辐射被光学系统接收，会聚到红外探测器上，探测器将入射的红外辐射转化成电信号，经信号处理系统的一系列处理后，最终输出用电平数据表示的辐射图像。

目前红外探测的主要传感器为红外焦平面阵列相机。

为了从红外焦平面阵列相机输出的红外图像中得到目标的红外辐射特性数据，需要对其进行绝对红外辐射定标。

可以说精确的定标是保证测量精度的前提。

辐射定标的目的是建立红外辐射特性测量系统输入辐射量（入瞳处）与系统输出间的函数关系。

为了保证辐射定标精度，定标过程中，需要根据红外成像系统自身的光学系统结构、口径大小及工作环境的不同，合理的选择不同的定标源与定标方法。

而非均匀性校正是红外辐射定标前必须完成的工作，这部分工作对于提高红外成像系统的成像质量，进而获得精确的辐射定标和辐射特性测量数据有重要意义。

1、非均匀校正红外辐射特性测量系统属于热成像系统的一种，主要采用的探测器为制冷型红外焦平面阵列。

在理想的情况下，红外焦平面阵列（IRFPA，infrared focal plane array）在受到均匀辐射照射时，探测元输出的图像灰度应完全一样，然而，受到材料、制造工艺和工作环境等因素的影响，IRFPA普遍存在着非均匀性，具体表现为：IRFPA 各探测像元在相同辐照条件下，通常会表现出不同的响应。

通常称这种不一致性噪声为非均匀性噪声，在图像上具体表现为空间噪声或固定图案噪声。

这种非均匀性导致的空域噪声通常远远大于时域噪声，不能通过时域平均得到抑制，因此非均匀性的存在会显著降低成像的信噪比和辨析率，极大的限制成像系统的性能，是IRFPA的整体成像性能的最主要限制因素。

在以IRFPA 为探测器的红外成像系统中，非均匀性校正是一项十分必要的工作。

IRFPA非均匀性产生的原因多种多样，十分复杂，无法建立完整、精确的数学模型及计算理论，目前对其数学描述仅处于经验公式阶段，IRFPA非均匀性产生的原因一般分为：（1）红外探测器自身的非均匀性，主要由制造探测器的材料质量和制造工艺决定。

红外鱼眼成像系统非均匀性校正方法

・
红外技术・
红外鱼眼成像系统非均匀性校正方法
严世华何永强。李计添，，
（．１军械工程学院，河北石家庄０００；．６６５０３２９１６部队，广东韶关５２５）１１８
摘要：析了时域高通滤波校正算法中容易出现目标退化及 “ 分伪像 ” 问题，出滤波方程的指
第４ｌ卷第ｌＯ期
２１年ｌ０１Ｏ月
激光与红外
ＬＥＲ＆ＩＲＡＳＮＦＡＲＥＤ
Ｖｏ．，ｏ１１４１Ｎ．０Ｏｃｏｅ，０ｔｂｒ２１１
文章编号：０１０８２１）０１１－１０－７（０１１－１２０５５
ｑｅｃｔｈａｇｔｓｅｔｌｄｓｂｔｎｃａｇｓｔｅｃｕｅｏｅｐｏｌｍ．ａｅｉｔｅｃａａｔｒｔｆｉｆｒｄｕｎｙｗｉｔｅｔｒｅｐｃｒｉｔｕｉｈｎｅｉｈａｓｔｒｂｅＢｓｄＯｌｈｈｒｃｅｓｉｏｒｅｈａｉｒｏｆｈｉｃｎａ
ｉ — ｇｇｓｓｍ，ｘｓｆｂｅｔｌｐｒｔｎｌｄｔｄｆｒｎｆｔｒｗｔｄｒｎｃｔｆｆｕｎｆｈｅｅｉａｉｙｔｔｅｉｌｏｊｃａｅｅａａｄａｄａｐｉｉｅｅｔｉｅｓｉｉｅｅｔｕ— ｆｒｑｅ－ｓｙｍｎｅｈｐｅｏｓｅｐｅｏｆｌｈｆｏｅｃ．ｙｔｉｗｙｈｒｅｆｄ—ｕａｄｔｅｈｓｎｒｆｔｌｒｕｅｆｃｖｌ．ｙｓｂｅｔｅｏｂｃｉｐｒｉｙＢｓａｅｔｇｔａｅｏｔｎｏｔｇａｉｃａｅｅｃｄｅｅｔｅｙＢｕｊｃｖｒｊｔｅａｐａｓｈｔａｈｇｉｔａｄｆｉｉｏｅｖｌａ

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。

基于中间均衡直方图的红外图像非均匀性校正

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｇｈｏｓｔｉｎｇａｔｉｒｆａｃｔｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｉｆｒｔｉｎｇｏｖｅｒｔｉｍｅｉｎｃｕｒｒｅｎｔＩＲｓｃｅｎｅ，ａｎｏｎ
ｕｓｅｄｔｏｔｈｅｉｍａｇｅｃｏｌｕｍｎｓ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｉｄｗａｙｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎｈｉｓｔｏｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｔａｋｅｔｈｅｐｌａｃｅｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｈｉｓｔｏｇｒａｍ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｉｔｒｈｍｉｓｓｕｐｅｉｏｒｒｔｏｔｈｅｔｏｔａｌｖａｉａｒｔｉ法将场景校正的思想运用到图像列上，通过计算每一列的中间直方图
算法来替代原始列的直方图。实验结果表明，算法优于总变差算法，具有简单快速，易于工程应用的优点。
关键词：中间均衡直方图；非均匀性校正；鬼影
了自适应学习率和门限自适应学习率的神经网络改
１引言
两种方法存在着鬼影（ｇｈｏｓｔｉｎｇａｒｔｉｆａｃｔ）问题，文献［５］和［６］分别提出了运动阈值去鬼影和时域统计去鬼影的恒定统计改进算法，但是存在着受场景随机噪声影响的不足。文献［７］和文献［８］分别提出