红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究
摘要：红外焦平面阵列普遍存在非均匀性，会严重影响红外成像质量。对非均匀性的主要来源和表现形式进行了探讨，介绍了在工程应用中常用的校正方法，两点温度校正法、时域高通滤波法和人工神经网络法，给出详细的推导，并对几种校正算法进行了分析和研究，对这几种校正算法的优点和缺点进行讨论和综合对比，为进一步开展红外焦平面非均匀性校正提供参考意见。
关键词：红外焦平面阵列 非均匀性 校正算法 对比
Study of Non-uniformity Correction Algorithms for IRFPA
Abstract:There usually exist a non-uniformity problem for infrared focal
plane arrays.This problem may has a severe influence on the imaging
quality of them.The non-uniformity of the major sources and
manifestations are discussed.Two temperature correction method,constant
statistical average,temporal high-pass filtering and artificial neural
network which usually applied in engineering are introduced. Three
correction algorithms are analysed and researched, giving a detailed
derivation,and advantages and disadvantages of the four correction
algorithms are discussed and comprehensively compared. providing a
reference suggestions for the further development of non-uniformity
correction algorithms for IRFPA. Key Words:IRFPA;Non-uniformity;Correction Algorithms;Comparison
近几十年来，无论在军事上还是在商业领域，红外成像技术获得了突飞猛进的发展，其中红外焦平面探测器的应用是一个关键因素。红外焦平面器件是一种辐射敏感和信息处理功能兼备的新一代红外探测器，是当今技术性能最先进的红外探测器，用它构成的红外成像系统较传统的光机扫描红外成像系统具有结构简单、工作稳定可靠、灵敏度高、噪声等效温差小等优点，但红外焦平面阵列器件由于受到探测器材料和工艺水平所限，红外焦平面各探测单元对同一辐射很难达到输出的一致，导致图像噪声，目标图像质量差等情况，这就是所谓红外焦平面阵列非均匀性，因此对红外焦平面阵列非均匀性校正方法的研究也成了当今一个重要的研究方向。文中对非均匀性的主要来源和表现形式进行了探讨，然后对工程中常用的两点温度校正法、时域高通滤波法和人工神经网络法的校正算法进行了分析和研究，给出详细的推导，并对各种校正算法的优点和缺点进行讨论和综合对比。
1 非均匀性的主要来源和表现形式
探讨红外成像非均匀性的来源及其表现形式对于非均匀性校正是十分重要的。通过分析非均匀性来源，探讨其成因，以利于校正算法的研究。非均匀性的主要来源和表现形式可分为以下几种。
1.1 1/f噪声
1/f噪声是由半导体的表面电流所引起的。不同的阵列元内部的1/f可以近似的认为彼此不相关，属于非平稳随机过程。
1.2 探测器中各阵列元的响应特性不一致
这种不一致是由制造过程中的随机性所引起的，如焦平面阵列各探测器元有效面积的不同以及半导体掺杂的变化等原因，其表现为信号乘性和加性的变化。当阵列具有较高的稳定性时，这种非均匀性在像平面上的模式是固定的。
1.3 电荷传输效率
这种非均匀性存在于采用位移读出的焦平面阵列中，表现为图像平面上的阴影，随像素点与阵列读出节点的距离作指数变化，距离越大，亮度越暗。通常也表现为固定的乘性噪声。
1.4 红外光学系统的影响
例如，镜头的加工精度、孔径的影响等因素，它表现为固定的乘性噪声。
1.5 无效探测阵列元的影响
在焦平面上，有少量的阵列敏感元对红外辐射的响应很弱或几乎不响应，这些阵列元在图像上表现为黑点。 1.6 焦平面阵列所处环境的温度变化
温度的变化将对所有的阵列元起作用，温度的变化是随机的。
由以上分析可以看出，引起红外焦平面探测器成像的非均匀性的原因有多种，但可分为两类，一是与探测器本身性能有关，另一是与探测器本身无关，对于第二类原因校正难度很大，现在非均匀性校正的研究主要是对第一类。
2 校正算法介绍
2.1 两点温度校正法
和式(3)得
和为温度的非线性函数，即使用黑体进行温度定标，也很难确定探测器上的和，因此很难计算，为此最好从方程中消除和。如果定义所有像素的空间平均量为
其中为探测器阵列的尺寸。对于和阵列平均响应度为
由(4)～(6)式得增益系数：
(7)式中所有参数已知，并且可以算出每一像素的/，目的是用平均响应度表示所有像素，用量把偏移量在平均值中表示出来。
表示任意温度（在高低温度间）、任意未校正像素（i，j）的响应，它减去低端温度时的偏移，获得偏移校正，然后乘以增益系数实现增益校正，最后加上所有像素在低端温度时响应的平均值，得到校正后的像素响应：
其中为增益/响应度因子。(8)式可以改写为
(2)算法分析。
因为乘性增益校正因子的存在，大大增加算法的动态范围。在实际系统应用中，可以通过缓存不同温度黑体辐射两点校正得到的结果，对输入的待校正结果实现实时非均匀校正。这种校正方法速度快，系统开销小，不需要复杂的电路，在确定校正系数之后，只要简单的乘加逻辑和一定的存储区域就可以完成非均匀校正。但由于焦平面阵列存在随温度的飘移，也就是系统的响应增益和响应偏置会随环境改变而改变，当漂移问题比较严重时，红外系统必须停止系统操作，重新进行新的校正系数的求取。 2.2 时域高通滤波法
(1)算法原理。
阵列单元的响应特性随时间的缓慢变化和阵列元内部的1/f噪声集中在低频部分。目标相对于杂波背景在像面上有较大的运动速度，因此目标信号具有相当的高频能量；而背景杂波，如云层等因素在像平面上的移动速度很小或相对静止，因而表现为低频分量。因此，采用高通滤波器方法可以在实现非均匀性校正的同时达到突出目标的目的。其原理如图所示（假设增益因子为1）。
图1中
低通采样输出为
其中，N为设置的帧数。可以先假设某像素在第n帧经校正后得到一个滤波器输入量，经过无限冲击响应滤波器低通滤波后，得到了低通滤波输出，再通过减法运算，得到一个高通滤波输出。经变换，得到传递函数为
(2)算法分析。 时域高通滤波算法简单，速度快，适用于存在运动的场景，能够有效的去除场景中的存在的固定噪声。但对于静止场景而言，时域高通滤波算法可能会将场景与固定噪声一起通过低通滤波器去除，产生图像的消隐现象。另外，因为低通滤波器是通过时域上的加权累加进行更新，新加入的帧的权重低于以往的累加，因此这样可以避免异常的噪声对滤波器性能的影响。但当存在长时间静止的亮目标突然产生运动，新加入的场景亮度较原来亮度差距较大时，由于系数更新缓慢，就会在局部出现鬼影现象，鬼影现象是自适应更新系数的校正算法中共有的问题。
2.3 人工神经网络法
(1)算法原理。
人工神经网络法可以自适应地进行校正系数，具体方法是：让每个神经元连接一个阵列元，再设计一个隐含层，它的每个神经元就像水平细胞那样与临近几个阵列元连接起来，得到它们的平均输出值，反馈到其上层神经元，计算非均匀性，采用最陡下降法，依据实际景像逐帧迭代，直到最佳状态（如图2）。过程如下：
①计算邻域平均值：
②令，其中G为增益校正因子，O为偏移量校正因子。误差函数为
利用此函数的梯度函数和最陡下降法，可计算G和O的迭代公式：
其中，a为下降步长，n为帧数。
（3）利用线性校正算法，计算：
(2)算法分析。
神经网络校正算法采用自适应的更新机制，能够有效的解决红外探测器中响应参数的漂移问题，较两点温度校正法具有更好的自适应性。神经网络校正法利用周围点的均值作为隐含层的期望。其基本假设是图像相邻像元之间存在一定的相关度。这种隐含层求取方式平滑了该点与周围点间存在的响应输出差异，用这样的期望来进行校正系数的更新，有利于减少像元间存在的非均匀性；然而也因为这种期望求取方式，当场景存在较长时间静止时，输出图像的边缘会出现模糊，弱小目标的信噪比可能会降低。这种算法要求场景必须存在运动，否则长时间更新后难以避免鬼影现象的产生。
3 几种算法的比较
两点校正算法精度低，动态范围小，特别是当IRFPA各探测器单元形影的非线性比较突出时，校正效果显著变差。但是两点校正法适合于所有类型的红外图像非均匀性校正，被广泛应用于军事和商业领域上。其它几种方法虽然在一定的范围内精度较高，但由于适用性小，一般用在特殊领域。三种方法的优缺点见表1。
4 结语
尽管国内外对红外焦平面阵列非均匀性校正算法还有很多，如：基于场景的代数算法、基于干扰抵消原理的自适应校正法和基于低次插值的多点校正算法等，但目前在商业上推广和军事上广泛应用的还是两点温度校正法，专家和工程师们着眼点依然是修正完善两点温度校正法，提高精度和算法处理速度。同时，其它非线性校正方法也在被许多研究机构大力的研究，如人工神经网络校正法，时域高通滤波法。本文介绍的几种算法是近年来国内外研究中比较具有代表性的，这些算法具有各自的特点，在工程应用中有一定的实用价值。
参考文献
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[3] 徐田华，赵亦工.红外焦平面阵列均匀校正算法的研究[J].遥测遥
基于神经网络的红外焦平面非均匀性自适应校正算法
第２５卷第６期 ２００６年１２月 红外与毫米波学报
Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｆｌ Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２００６
文章编号：１００１—９０１４（２００６）０６—０４０５—０３
基于神经网络的红外焦平面非均匀性自适应校正算法
王炳健， 刘上乾， 赖 睿， 李 庆
（西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安７１００７１）
摘要：由于材料、工艺等原因，红外焦平面阵列（ＩＲＦＰＡ）各单元普遍存在响应不一致的现象。从而导致ＩＲＦＰＡ都存 在非均匀性．非均匀性校正（ＮＵＣ）是红外图像处理系统中的重要环节．本文在研究了传统的基于神经网络的ＮＵＣ 算法的基础上，提出了一种改进的基于神经网络的非均匀性自适应校正算法。并对比了传统的基于神经网络的算 法和本文算法的校正效果和收敛速度，宴验表明本文提出的算法校正效果好，收敛速度快． 关键词：红外焦平面阵列；非均匀性校正；神经网络；自适应校正 中图分类号：ＴＮ９１１．７３ 文献标识码：Ａ
ＡＤＡＰＴＩＶＥ ＮｏＮ．ＵＮＩＦｏＲＭＩＴＹ ＣｏＲＲＥＣＴＩｏＮ ＡＬＧｏＲＩＴＨＭ
ＦｏＲ ＩＲＦＰＡ ＢＡＳＥＤ ｏＮ ＮＥＵＲＡＬ ＮＥＴＷｏＲＫ
ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ－Ｊｉａｎ，ＬＩＵ Ｓｈａｎｇ—Ｑｉａｎ，ＬＡＩ Ｒｕｉ，ＬＩ Ｑｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ。Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００７ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｂｅｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ’ｍａｔｅｒｉａｌ，ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｔｃ。ｅｖｅｒｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ’ｓ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙｓ（ＩＲＦＰＡ）ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ＩＲＦＰＡ．Ｓｏ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍ－ ｉｔｙ ｃｏｒｒｅｅｔｉｏｎ（ＮＵＣ）ｉＳ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ＩＲＦＰＡ．Ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＮＵＣ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｒａＩ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ．Ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＮＵＣ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ＷａＳ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅｓｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｅｖａｉｌｓ ｏｖｅｒ ｏｔｈｅｒ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｓｐｅｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＲＦＰＡ：ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
红外双边滤波时域高通非均匀性校正
第４２卷 第７期 ２０１２年７月 激光与红外
ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ
文章编号：１００１－５０７８（２０１２）０７－０８３１－０６ Ｖ０ｌ。４２．Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ，２０１２
・图像与信号处理・
红外双边滤波时域高通非均匀性校正
雷晓杰，顾国华，隋修宝，左超
（南京理工大学光电工程国防重点学科实验室，江苏南京２１００９４）
摘 要：红外焦平面阵列的非均匀性噪声是制约红外成像质量的主要因素。本文在研究了传
统的时域高通滤波法及其两种改进算法的基础上，提出了一种改进的基于双边滤波的非均匀
性自适应校正算法，在这种方法中引入了一个由双边滤波系数矩阵推得的二次校正矩阵，该矩
阵能够判别原始图像与双边滤波所得图像的差图像中场景的边缘部分，并进行自适应的抑制，
使校正参数的计算更加准确。实验部分通过对加模拟噪声图像序列和实际非均匀性图像的校
正证明本文的改进算法比其他两种改进算法有更好的校正效果。
关键词：红外焦平面阵列；非均匀性校正；基于场景；双边滤波器；二次校正矩阵
中图分类号：ＴＰ３９１．４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１２．０７．０２４
Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｈｉｇｈ－ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｌｔｅｒ
ＬＥＩ Ｘｉａｏ—Ｊｉｅ，ＧＵ Ｇｕｏ－ｈｕａ，ＳＵＩ Ｘｉｕ—ｂａｏ，ＺＵＯ Ｃｈａｏ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｅｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＳＴ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ｉｓ ａ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｌｉｍｉｔｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍ— ａｇｅ．Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｉｇｈ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｗｏ ｏｆ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａ ｎｅｗ ｉｍ— ｐｒｏｖｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍａｔｒｉｘ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｉｓ ｍａｔｒｉｘ ｃａｎ ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈ ｅｄｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｅｎｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒ－ ｅｎｃｅ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｂｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｍａｇｅ，ａｎｄ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔｈｅｍ ａｄａｐｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｐａ— ｒａｍｅｔｅｒｓ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ．Ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐａｒｔ，ｔｈｅ ｎｅｗ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｗｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｂｙ
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。
基于定标法的红外图像非均匀性校正
基于定标法的红外图像非均匀性校正*
毛小群, 石俊生, 何文学
(云南师范大学颜色与图像视觉实验室,云南昆明650092)
摘 要: 采用一点和两点定标法对实际红外凝视型系统图像进行了非均匀校正,运用客观评价的方法对两者的校正效果进行了比较:一点法算法简单,但其校正结果无法满足红外系统,而两点法校正后图像的非均匀性则能很好的满足系统的要求。关键词: 非均匀性校正;红外图像;两点校正;定标中图分类号:O432 文献标识码: A 文章编号: 1007-9793(2009)04-0057-05
1 引言
红外焦平面阵列(IRFPA)是红外成像技术发
展的方向,但是由于受器件的半导体材料、制造工
艺以及外界环境等因素引起的红外图像非均匀性
已经成为制约红外成像技术发展的/瓶颈0。非
均匀性的存在严重影响图像的成像效果,甚至使
整幅图像模糊不清。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。
红外图像非均匀是指在外界均匀光场输入时
各单元之间响应输出的不一致性,在图像上表现
为空间固有模式噪声或固定图案噪声,数学上可
采用各像素灰度值与图像所有像素的平均灰度值
之比作为凝视型热像仪非均匀性的度量。非均匀
性的主要来源有以下三方面[1,2]:
1)红外探测系统本身的非均匀性。这种非
均匀性主要分为红外探测器本身的非均匀性及探
测器与CCD耦合时产生的非均匀性两类,由器件
的半导体材料和制造工艺引起。
2)探测系统工作状态引入的非均匀性。IRF-
PA器件成像系统工作环境的变化将直接对探测
单元的光学增益、读出电路的增益等方面产生影
响,从而引起IRFPA器件响应的非均匀性。
3)外界条件引入的非均匀性。红外成像系统工作时,目标的辐射、背景的辐射及红外热像仪
光学系统背景辐射等外界条件均可引入器件的非
均匀性。
红外图像非均匀校正算法很多,主要分为两
大类:基于定标和基于场景的校正方法。定标法
要求在特定温度下通过黑体产生的均匀辐射对
IRFPA定标,定标法包括一点法、两点法及扩展的
基于两点的红外图像非均匀性校正算法应用
第37卷，增刊红外与激光工程2008年6月Vol.37SupplementInfraredandLaserEngineeringJun.2008
收稿日期：2008-06-09作者简介：李旭(6)，男，陕西子洲人，工程师，主要从事红外图像信号处理等方面的研究。x
@基于两点的红外图像非均匀性校正算法应用
李旭，杨虎
（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）
摘要：红外焦平面探测器像元响应存在非均匀性，工程应用中需采用相应的非均匀性校正技术。虽
然基于场景的非均匀性校正算法很多，但两点校正算法仍是最为成熟和最容易实现的算法之一。介绍了
两点非均匀性校正算法,并对1×128线列红外探测成像系统基于FPGA和DSP平台，进行了工程实现及应
用，效果良好。
关键词：两点法；红外焦平面；非均匀性校正；应用
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(红外)-0608-03
Applicationofanonuniformitycorrectionalgorithmfor
IRFPAsbasedontwopoints
LIXu,YANGHu
(ChinaAirborneMissileAcademy,Luoyang471009,China)
Abstract:Methodofnonuniformitycorrection(NUC)forinfraredimagingsystemisusedinthe
engineering,asnonuniformityofIRFPA.Althoughtherearemanyscene-basedNUCmethods,the
two-pointscorrectionmethodisoneofeasyandmaturedNUCs.Two-pointscorrectionispresentedand
appliedintheengineering,basedonFPGAandDSP.
基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法
第１６卷第１期 ２００８年１月 光学精密工程 Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＶｏＩ．１６ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２００８
文章编号 １００４—９２４Ｘ（２００８）０１—０１２８—０６
基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法
刘永进，朱红，赵亦工
（西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安７１００７１）
摘要：提出了一种基于红外焦平面阵列读出结构的非均匀校正算法，它将校正过程分成两步。首先利用恒定统计方法滤 除由通道放大器引起的固定图案噪声，然后采用改进的神经网络方法，进一步校正由探测器响应产生的非均匀性。实验 结果表明：该算法在第２Ｏ帧时就能够收敛到一个较好的水平，此刻校正图像的平均绝对误差（ＭＡＥ）和峰值信噪比 （ＰＳＮＲ）值分别为２．９和３９．２。由于本算法是递推进行的，并且具有收敛速度快、计算复杂度低等优点，因此易于工程 实现。 关 键 词：红外焦平面阵列；非均匀校正；固定图案噪声；恒定统计；神经网络 中图分类号：ＴＮ２１５ 文献标识码：Ａ
Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ
ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ ｒｅａｄｏｕｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
Ｉ ＩＵ Ｙｏｎｇ—ｊｉｎ，ＺＨＵ Ｈｏｎｇ，ＺＨＡＯ Ｙｉ—ｇｏｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏＪ’Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ａｒｒａｙ ｒｅａｄｏｕｔ ａｒｃｈｉｔｅｃ— ｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｂｙ ｔＷＯ ｓｅｐａｒａｔｅ ｓｔｅｐｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒ— ｍｉｔｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅａｄｏｕｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅ—
一点定标与小波变换相结合的红外非均匀校正算法
第36豢，增刊v01．36supplement红外与激光工程In6砒dandLaserEnginee曲g2007年6月Jun．2007
一点定标与小波变换相结合的红外非均匀校正算法
赵岩，张焱，沈振康
(国防科学技术大学AIR国防科技重点实验室，湖南长沙410073)
摘要：分析了一点定标，两点定标及小波变换的特点，针对一点定标、两点定标存在的问题，提出了一点定标与小波变换相结合的红外图像非均匀校正算法。利用红外非均匀响应既包括加性噪
声又包括乘性噪声的特性，对需要校正的图像先进行一点定标校正去除加性噪声，再通过小波变换对乘性噪声进行处理。并通过实验仿真结果证明该方法的校正精度达到了两点定标校正法的校正精
度，可以有效地进行非均匀性校正。关键词：非均匀校正；一点定标线性校正法；小波变换中圈分类号：1P391文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(器件)．0084．05
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ZHAOY抽，ZHANGYan，S腿NZhen—kang(A1限IabofatoryNalionalU1[IiVe侣i哆ofDefcn∞伽h∞logy。血柚gsha410073，aIina)
Abstract：AnonuIliforIllitycorrectio吡alg硎tbmwhichcombinesonepointco】Tectionalgori岫and
wavelet仃aIlsfo咖ispresented．BasedonthecharacteristicthatmeRFf'Aresponsesnoisecontailled
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红外图像非均匀性校正相关汇总
红外图像⾮均匀性校正相关汇总
红外图像中的不规则条纹是红外焦平⾯阵列⾮均匀性的体现，⾮均匀性产⽣的原因⼗分复杂，在⽣产时完全消除其⾮均匀性是不现实的，只有通过⾮均匀性校正来提⾼其性能。红外焦平⾯成像产品在出⼚前⼀般都会对其进⾏定标校正，但产品交付后，由于探测器的时间漂移特性和使⽤环境的变化，图像中的⾮均匀性会逐渐增强，甚⾄严重到影响产品的使⽤。如果重新对产品进⾏定标校正，需要⼤量外部条件的⽀持，有时甚⾄是不现实的，此时采⽤基于场景的校正算法，就能完全依靠场景⾃⾝的信息，有效去除图像的⾮均匀性，改善图像质量。
⾮均匀性来源主要有：探测器中各阵列元的响应特性⾮⼀致性；1／f噪声；光学系统和扫描电机扫描线性度的影响；电信号传输与放⼤通路的不⼀致等。两种校正⽅法：
基于定标（如两点校正算法TPC（两点温度定标法）、多点校正算法ETPC、多项式拟合算法）
基于场景（如神经⽹络⽅法、时域⾼通滤波算法、恒定统计平均法）
基于定标⾮均匀校正通常需要事先获得校正所需要的定标系数，然后在校正实现过程中读取这些数据作相应的处理，精度⾼，算法相对简单，但不能⾃适应跟踪探测元响应特性的漂移。当漂移很⼤时，需要重新定标来更新校正系数。
基于场景的⾮均匀校正是利⽤场景信息的变化即时估计出探测元的增益和偏移量，可⾃适应地跟踪探测像元输出的漂移，缺点是多数算法是假设探测元响应线性问题提出的，算法相对较复杂，校正精度不⾼，硬件实现难度较⼤。
两点校正法
利⽤同⼀⿊体，分别进⾏低温和⾼温数据采集。
两点校正法是最早开展研究、最为成熟的算法之⼀。应⽤两点法校正有两个前提条件，第⼀，探测器的响应在所关注的温度范围内是线性变化的，第⼆，探测器的响应具有时间的稳定性，并且其受随机噪声的影响较⼩，则⾮均匀性引⼊固定模式的乘性和加性噪声。
【⽂献】李旭, 杨虎. [J]. 红外与激光⼯程, 2008(s2):608-610.
论⽂中对1x128线列探测器进⾏两点法⾮均匀性校正试验。
一种新的基于场景的红外图像非均匀性校正算法
文章编号一 ｌ６７２－８７８５（２００６）０３－００１３－０４ 一种新的基于场景的红外图像非均匀性校正算法 国亚双，王英瑞 （中国航天科工集团第二研究院２５研究所，北京１００８５４） 摘 要ｔ根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 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：ＴＮ２１５ 文献标识码： Ａ Ａ Ｎｅｗ Ｓｃｅｎｅ－ｂａｓｅｄ Ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｉｍａｇｅ ＧＵＯ Ｙａ—ｓｈｕａｎｇ．ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ－ｒｕｉ （Ｔｈｅ ２５ｔｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，２ｎｄ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｃ／ｅｎｃｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｒｉｎｇ １ ００８５４，ＣｈｉｎａＪ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｗｏ－ｐｏｉｎｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ａ ｎｅｗ ＩＲＦＰＡ ｎｏｎ・ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｅｎｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｉｎ ｒａｔｉｏ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｄｊａｃｅｎｔ ｃｅｌｌ，ｔｈｅ ｇａｉｎ ａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｃａ￥１ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＲＦＰＡ； ｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｒｄｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ； ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ １引言 红外焦平面阵列是红外成像系统的核心， 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 术．两类算法各有优缺点，其中基于场景的校正 算法能有效地消除参数特性漂移的影响，实现 高精度、大动态范围的自适应非均匀性校正。虽 然目前实时实现还有些困难，但这类算法却是 今后非均匀性校正算法的发展方向。 两点校正法是定标类算法中的典型方法． 它在光路中插入一均匀辐射的黑体，通过各像 元对高温和低温下的均匀黑体辐射的响应计算 出增益校正系数和偏移量校正系数，从而实现 非均匀性校正。两点法运算简单，硬件实现容 易，因而被广泛应用于实际系统中。但它假定探 测元的响应特性在所感兴趣的温度范围内是线 性的，而实际上探测元的响应在一个较大的动 态范围内存在非线性，另外还存在１／ｆ噪声等因 素的影响，因而两点法很难得到理想的校正图 像。因此，一种既能继承两点法的优点，又能根 据场景自适应地进行非均匀校正的算法才更符 合实际系统的需要．本文根据两点法的基本思 想，主要介绍一种新的基于场景的校正方法：邻 域均值法． 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－２００５－０８－２９ 作者简介一国亚双（１９８０——），女，辽宁铁岭人，硕士，现从事红外图像处理方面的研究工作． ＩＮＦＲＡＲＥＤ（ＭＯＮＴＨＬＹ）／ＶＯＬ．２７，Ｎｏ．３，ＭＡＲ ２００６
一种焦平面热像仪非均匀性校正算法的研究
算法分析
种焦平面热像仪非均匀性校正算法的研究
苏强吕泽均姜伟 （四川大学计算机学院四川成都６１００６５）
摘要：红外凝视焦平面技术目前已经成为最广泛应用的红外热像仪通用技术。为了有效解决严重影响凝视型探测器性能发挥的非均匀性现象， 本文提出了新型的具有自适应修正功能的非均匀性校正算法，与一般应用的标准两点式校正算法而言，该方法可以更有效的降低图像的非均匀性． 同时具有更宽的环境适应性。 关键词：焦平面热像仪 中图分类号：ＴＮ２ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１３）０２—０１０９—０３
１介绍
凝视型焦平面探测器（下统称凝视ＦＰＡ）的发展始于２０世纪８０
年代，经过３０多年的技术攻关，已取得了令人瞩目的成就。ＦＰＡ的规
格从小规模发展到中规模、大规模、超大规模（高密度兆级数量像
元）；应用的波段范围有短波（Ｓｗ）、中波（Ｍｗ）、长波（ＬＷ）、超长波
（ＶＬｗ）、双波段、多光谱等。由于焦平面面阵成像具有结构简单、探
测能力强、帧频高等优点，正在成为当前的红外成像技术的主流器
件。 对于凝视焦平面探测器，空间Ｊ｝勺非均匀性的固定噪声比起随机
噪声要大得多，为了充分利用探测器的性能，提高整个红外热像仪
系统的性能指标，就必须进行非均匀性校正。
一般来说，采用两点式校正算法进行图像的非均匀性校正是目
前凝视热像仪的后处理电路进行图像的非均匀性校正的比较常用
的方法“一１，世界各国都在对基于场景的非均匀性校正算法进行一
系列的研究。但由于红外成像系统在实际应用中具有各种复杂情
况，基于场景的非均匀性处理方法目前对各种算法和适用条件的研
究以及校正后的成像质量还未达到实用化的高度，也存在许多基于
场景的算法衍生出来的图像质量问题如鬼影０等。有鉴于此，本文提
出了一种基于两点校正理论的自适应修正系数的非均匀校正方法，
该方法能够避免常规非均匀性校正算法的缺陷，从探测器参数漂移
的原理的基础上总结出了一套自适应修正系数的方法并应用于两