第11章红外焦平面阵列实时信号处理课件.ppt

1、第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术第第11章章 红外焦平面阵列实时信号红外焦平面阵列实时信号处理处理第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术章节内容：章节内容：11.1 11.1 影响红外成像质量的因素影响红外成像质量的因素11.2 11.2 红外焦平面阵列的非均匀性校正算法红外焦平面阵列的非均匀性校正算法11.3 11.3 盲元的检测和替代盲元的检测和替代11.4 11.4 自动增益控制自动增益控制第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.1 影响红外成像质量的因素11

2、.1.1 响应的非均匀性响应的非均匀性 PtSi型型IRFPA的非均匀性可做到小于的非均匀性可做到小于1%，HgCdTe和和InSb型型IRFPA的非均匀性为的非均匀性为10%左右左右 微测辐射热计微测辐射热计IRFPA的非均匀性可达的非均匀性可达20%11.1.2 响应的漂移特性响应的漂移特性 工作条件的改变引起了响应漂移，如环境温度的波工作条件的改变引起了响应漂移，如环境温度的波动、偏置电压的变化都可以导致动、偏置电压的变化都可以导致IRFPA响应的漂移响应的漂移 11.1.3 盲元盲元第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.1 影响红外成像质量

3、的因素11.1.4 红外场景的对比度红外场景的对比度 目标和背景的温度差别决定红外图像的质量目标和背景的温度差别决定红外图像的质量。定义：辐射功率对温度的微分和辐射功率的比值定义：辐射功率对温度的微分和辐射功率的比值/TWTCW第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.1.4 红外场景的对比度红外场景的对比度波段内黑体辐射对比度随温度变化曲线波段内黑体辐射对比度随温度变化曲线-40-2002040600.0160.0180.020.0220.0240.0260.0280.030.0320.034Blackbody Temperature(oC)Radi

4、ance contrast(C)第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.1.5红外图像信号的特点红外图像信号的特点(1)红外图像中包含固定图案噪声、影响人眼视觉的亮点和红外图像中包含固定图案噪声、影响人眼视觉的亮点和暗点；暗点；(2)红外图像对比度低，空间相关性强，视觉效果模糊；红外图像对比度低，空间相关性强，视觉效果模糊；(3)红外热图像反映了景物的温度分布，缺少立体感；红外热图像反映了景物的温度分布，缺少立体感；(4)由于热成像系统的探测能力和空间分辨率低于可见光由于热成像系统的探测能力和空间分辨率低于可见光CCD阵列，红外图像的清晰度低于可见光

5、图像；阵列，红外图像的清晰度低于可见光图像；(5)红外图像必然存在漂移噪声、热噪声、红外图像必然存在漂移噪声、热噪声、Johnson噪声、噪声、1/f噪声等噪声等 第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法 算法分类：算法分类：温度定标算法温度定标算法基于场景的算法基于场景的算法一点温度定标算法一点温度定标算法两点温度定标算法两点温度定标算法多点温度定标算法多点温度定标算法时域高通滤波时域高通滤波场景运动估计场景运动估计Wiener滤波和滤波和Kalman滤波滤波第第1111章章 红外焦平

6、面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法 假定焦平面的单元的响应为线性假定焦平面的单元的响应为线性：11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法 ijijijOGX)(为入射到第为入射到第(i,j)(i,j)个焦平面单元的辐照度；个焦平面单元的辐照度；X Xijij()为第为第(i,j)(i,j)个焦平面单元的输出信号；个焦平面单元的输出信号；G Gijij为直线的斜率；为直线的斜率；O Oijij为直线的截距。为直线的截距。第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信

7、号处理技术11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法V()S1S2第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术V()S1S2 1 211.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术V()S2S111.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法

8、基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术V()S2S111.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术选择两个定标点选择两个定标点 1、2：)(1)(11ijijVNV)(1)(22ijijVNV11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红

9、外焦平面阵列实时信号处理技术两点定标校正后的信号输出为两点定标校正后的信号输出为：)()()()()()()(12121ijijijijijijijVVVVVVV11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术ijijijijijijBABVAV)()()(ijijijBVAijijijBAV)(采用最小二乘线性回归求取参数采用最小二乘线性回归求取参数 11.2 红外焦平面阵列的非均匀校正算法红外焦平面阵列的非均匀校正算法11.2.

10、1 11.2.1 基于定标的校正算法基于定标的校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术 最小二乘法线性回归由参数拟合公式：最小二乘法线性回归由参数拟合公式：2 2 温度定标校正算法温度定标校正算法(2)两点温度定标算法两点温度定标算法,()()()()()()HLi ji jHi jLLi jHHi jLi ji jHi jLXXAXXX xXxBXX第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术标定技术获取校正系数的过程标定技术获取校正系数的过程:(1)调节热成像系统，使焦平面通过光学系统与平面黑体源对准,保证黑体

11、平面成像于焦平面上，并充满焦平面的整个视场；(2)调节黑体辐射源的温度到TL；测量焦平面每个像素的响应值，每个像素测试N组，求出每个像素在TL下的平均响应值以及所有像素的响应平均值；(3)调节黑体辐射源的温度到TH；测量焦平面每个像素的响应值，每个像素测试N组，求出每个像素在TH下的平均响应值以及所有像素的响应平均值；(4)计算每个像素的增益校正系数和偏移校正系数，并将其存储在查找表内，以供校正时取用。第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.2.2两点定标和运动补偿相结合的综合校两点定标和运动补偿相结合的综合校正方法正方法 图图11.3 两点定标和运

12、动补偿相结合的综合校正方法流程图两点定标和运动补偿相结合的综合校正方法流程图第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.2.3 LMS自适应非均匀性校正算法自适应非均匀性校正算法第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.2.3 LMS自适应非均匀性校正算法自适应非均匀性校正算法,1,

13、11,1,()()()()()4i ji jijiji jYnYnYnYndn,(,),(,)01()()1Li jin n ljn n lldnYnlL第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.3 盲元的检测和替代盲元的检测和替代 图11.20 盲元和正常像素的输出信号波形比较第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.3 盲元的检测和替代盲元的检测和替代帧内帧内4邻域替代方式邻域替代方式:1,1,11,()()()()()4iji ji jiji jYkYkYkYkY k第第1111章章 红外焦平面阵列实时信

14、号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.4 自动增益控制自动增益控制图11.22 红外图像直方图 图11.23 可见光图像的直方图0.20.40.60.81020040060080010001200140016001800IntensityPixel Number第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.4 自动增益控制自动增益控制10(,)(,)1g x yk f x yf11220(,)(,)(,)Mf x yfff x yfff x yf第第1111章章 红外焦平面阵列实时信号处理技术红外焦平面阵列实时信号处理技术11.4 自动增益控制自动增益控制图像灰度均值和标准方差 121111NiiNiixxNxxN3,3 xx99.95%