本發(fā)明涉及紅外焦平面探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法和裝置。

背景技術(shù)：

紅外焦平面探測(cè)器經(jīng)常用于軍用和民用等領(lǐng)域。非均勻性噪聲又稱為固定模式噪聲，是由于像元輻射響應(yīng)非均勻性造成的。去除非均勻性噪聲對(duì)提高圖像質(zhì)量和后續(xù)數(shù)據(jù)處理精度具有重要意義。因此，有必要研究高精度的非均勻校正算法。

兩點(diǎn)校正法是去除非均勻性噪聲最常用的方法。由于探測(cè)器輻射響應(yīng)隨時(shí)間漂移，預(yù)存校正系數(shù)矩陣的方法校正精度隨時(shí)間下降。工程中常在光學(xué)系統(tǒng)中插入均勻的輻射源，并利用單點(diǎn)校正法對(duì)預(yù)存的校正系數(shù)進(jìn)行修正。這種方法除了增加系統(tǒng)的重量、體積和功耗外，還需要中斷正常的成像過(guò)程。此外，對(duì)于大口徑的光學(xué)系統(tǒng)，受限于系統(tǒng)體積，這種方法不能標(biāo)定大口徑的主鏡，即不能對(duì)整套光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)標(biāo)定。

基于場(chǎng)景的校正方法不需要中斷正常成像過(guò)程，主要有三大類方法。第一類方法是基于統(tǒng)計(jì)的方法。這種方法假設(shè)在給定的時(shí)間內(nèi)，校正后圖像每個(gè)像素的灰度值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差一致，通過(guò)調(diào)整增益和偏置的值達(dá)到校正的目的。實(shí)際上，一些應(yīng)用場(chǎng)景并不能夠滿足該方法的假設(shè)條件，容易產(chǎn)生鬼影現(xiàn)象。第二類是基于配準(zhǔn)的方法。這種方法主要的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的配準(zhǔn)算法，當(dāng)圖像噪聲較大時(shí)，配準(zhǔn)精度下降，校正誤差增大。第三類方法是最小均方誤差法，這種方法的誤差主要來(lái)源于對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的估計(jì)誤差。此外，該方法收斂速度慢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法。

所述基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法包括以下步驟：連續(xù)采集f幀圖像；標(biāo)定所述采集的f幀圖像；遞推計(jì)算f幀標(biāo)定后圖像的均值得到均值圖像；對(duì)均值圖像進(jìn)行均值濾波得到濾波后圖像；將所述濾波后圖像與均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣。

在一些實(shí)施例中，所述連續(xù)采集f幀圖像是在保持被拍攝場(chǎng)景和焦平面陣列存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)采集。

在一些實(shí)施例中，所述步驟：標(biāo)定所述采集的f幀圖像，具體的計(jì)算公式為：

jf(i,j)＝g(i,j)if(i,j)+o(i,j)

式中，if(i,j)代表第f幀圖像if中第i行第j列對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度值，jf(i,j)代表校正后圖像的灰度值，g(i,j)和o(i,j)是校正系數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述步驟：遞推計(jì)算f幀標(biāo)定后圖像的均值得到均值圖像，具體的計(jì)算公式為：

其中，代表累加f幀圖像jf后得到的均值。

在一些實(shí)施例中，所述步驟：對(duì)均值圖像進(jìn)行均值濾波得到濾波后圖像，具體的計(jì)算公式為：

其中，m是均值濾波后的圖像，h是均值卷積模板。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的另一目的在于提出一種基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正裝置。

所述基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正裝置包括：采集單元，所述采集單元用于連續(xù)采集f幀圖像；標(biāo)定單元，所述標(biāo)定單元用于將所述采集單元所述采集的f幀圖像進(jìn)行標(biāo)定；計(jì)算單元，所述計(jì)算單元將所述標(biāo)定單元標(biāo)定后的f幀標(biāo)定后圖像的均值進(jìn)行遞推計(jì)算得到均值圖像；濾波單元，所述濾波單元對(duì)所述計(jì)算單元得到的均值圖像進(jìn)行均值濾波得到濾波后圖像；校正單元，所述校正單元將所述濾波單元的濾波后圖像與計(jì)算單元的均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣。

在一些實(shí)施例中，所述采集單元是在保持被拍攝場(chǎng)景和焦平面陣列存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)采集f幀圖像。

在一些實(shí)施例中，所述標(biāo)定單元將所述采集單元所述采集的f幀圖像進(jìn)行標(biāo)定的具體的計(jì)算公式為：

jf(i,j)＝g(i,j)if(i,j)+o(i,j)

式中，if(i,j)代表第f幀圖像if中第i行第j列對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度值，jf(i,j)代表校正后圖像的灰度值，g(i,j)和o(i,j)是校正系數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述計(jì)算單元將所述標(biāo)定單元標(biāo)定后的f幀標(biāo)定后圖像的均值進(jìn)行遞推計(jì)算得到均值圖像的具體的計(jì)算公式為：

其中，代表累加f幀圖像jf后得到的均值。

在一些實(shí)施例中，所述校正單元將所述濾波單元的濾波后圖像與計(jì)算單元的均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣具體的計(jì)算公式為：

其中，m是均值濾波后的圖像，h是均值卷積模板。

根據(jù)本發(fā)明提出的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法和裝置基于局部像素統(tǒng)計(jì)具有相關(guān)性的假設(shè)，與傳統(tǒng)的基于場(chǎng)景的校正方法相比，不需要復(fù)雜的配準(zhǔn)算法，計(jì)算量小，魯棒性強(qiáng)，收斂速度快，無(wú)鬼影，可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法中采集到的原始圖像；

圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法中利用兩點(diǎn)標(biāo)定法校正后的圖像；

圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法中計(jì)算得到的校正系數(shù)；

圖6為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法校正后的圖像。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例中的一些特定實(shí)施方式，來(lái)表示實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實(shí)施例包括落入所附加權(quán)利要求書(shū)的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

下面參照?qǐng)D1-圖6來(lái)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法和裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1所示，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法，所述方法包括以下步驟：

s1，連續(xù)采集f幀圖像；

s2，標(biāo)定所述采集的f幀圖像；

s3，遞推計(jì)算f幀標(biāo)定后圖像的均值得到均值圖像；

s4，對(duì)均值圖像進(jìn)行均值濾波得到濾波后圖像；

s5，將所述濾波后圖像與均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣。

在一些實(shí)施例中，所述步驟s1，連續(xù)采集f幀圖像是在保持被拍攝場(chǎng)景和焦平面陣列存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)采集得到。

在步驟s2中，兩點(diǎn)校正法的模型為：

jf(i,j)＝g(i,j)if(i,j)+o(i,j)(1)其中，if(i,j)是采集到第f幀圖像坐標(biāo)為(i,j)的像元的灰度值，g(i,j)和o(i,j)是校正系數(shù)，jf(i,j)是校正后圖像。探測(cè)器輻射響應(yīng)隨時(shí)間漂移，其模型為，

jf(i,j)＝g(i,j)if(i,j)+o(i,j)+b(i,j)(2)

在步驟s3中，累加f幀黑體校正后的圖像，其均值為計(jì)算公式為

本發(fā)明是基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的假設(shè)，即對(duì)于均值圖像在給定尺寸(如5×5)的鄰域內(nèi)，均值圖像的灰度值應(yīng)是平滑的。通過(guò)調(diào)整調(diào)整矩陣b達(dá)到非均勻校正的目的。

在步驟s4中，m是均值濾波后的圖像，h是均值卷積模板。

在步驟s5中，校正系數(shù)矩陣為b，其計(jì)算公式為

如圖2所示，為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正裝置。

所述基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正裝置100包括：采集單元10，所述采集單元10用于連續(xù)采集f幀圖像；標(biāo)定單元20，所述標(biāo)定單元20用于將所述采集單元10所述采集的f幀圖像進(jìn)行標(biāo)定；計(jì)算單元30，所述計(jì)算單元30將所述標(biāo)定單元20標(biāo)定后的f幀標(biāo)定后圖像的均值進(jìn)行遞推計(jì)算得到均值圖像；濾波單元40，所述濾波單元40對(duì)所述計(jì)算單元30得到的均值圖像進(jìn)行均值濾波得到濾波后圖像；校正單元50，所述校正單元50將所述濾波單元40的濾波后圖像與計(jì)算單元30的均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣。

在一些實(shí)施例中，所述采集單元10是在保持被拍攝場(chǎng)景和焦平面陣列存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)采集f幀圖像。

在一些實(shí)施例中，所述標(biāo)定單元20將所述采集單元10所述采集的f幀圖像進(jìn)行標(biāo)定的具體的計(jì)算公式為：

jf(i,j)＝g(i,j)if(i,j)+o(i,j)

式中，if(i,j)代表第f幀圖像if中第i行第j列對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度值，jf(i,j)代表校正后圖像的灰度值，g(i,j)和o(i,j)是校正系數(shù)。

在一些實(shí)施例中，所述計(jì)算單元30將所述標(biāo)定單元20標(biāo)定后的f幀標(biāo)定后圖像的均值進(jìn)行遞推計(jì)算得到均值圖像的具體的計(jì)算公式為：

其中，代表累加f幀圖像jf后得到的均值。

在一些實(shí)施例中，所述校正單元50將所述濾波單元40的濾波后圖像與計(jì)算單元30的均值圖像作差，得到校正系數(shù)矩陣具體的計(jì)算公式為：

其中，m是均值濾波后的圖像，h是均值卷積模板。

下面進(jìn)一步結(jié)合圖1至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為將具體實(shí)施方式一所述的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法應(yīng)用到原理樣機(jī)中。原理樣機(jī)包含焦距為38mm的光學(xué)鏡頭和sofradir公司生產(chǎn)的制冷型長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。其中，探測(cè)器分辨率為320×256，波段為7.7～11.3μm。

首先，利用轉(zhuǎn)臺(tái)勻速改變?cè)順訖C(jī)的方位角，采集原始紅外圖像if，如圖3所示。

其次，利用公式(1)，得到黑體校正后的圖像jf，如圖4所示。

再次，利用公式(3)，遞推計(jì)算f幀圖像jf的均值。f取值1000。

最后，利用公式(4)和公式(5)計(jì)算校正系數(shù)矩陣b，如圖5所示。公式(4)中，利用對(duì)稱延拓處理圖像邊界，均值模板尺寸為5×5。利用公式(2)，計(jì)算出校正后的圖像，如圖6所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，從校正后圖像可以看出，本發(fā)明有效地補(bǔ)償了探測(cè)器輻射響應(yīng)漂移，提高了圖像質(zhì)量，證明了本發(fā)明的有效性。

根據(jù)本發(fā)明提出的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法和裝置解決了預(yù)存校正系數(shù)法無(wú)法克服輻射響應(yīng)漂移的問(wèn)題，避免了基于黑體標(biāo)定方法需要中斷正常成像過(guò)程的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明提出的基于局部統(tǒng)計(jì)相關(guān)性的非均勻性校正方法和裝置基于局部像素統(tǒng)計(jì)具有相關(guān)性的假設(shè)，與傳統(tǒng)的基于場(chǎng)景的校正方法相比，不需要復(fù)雜的配準(zhǔn)算法，計(jì)算量小，魯棒性強(qiáng)，收斂速度快，無(wú)鬼影，可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過(guò)程或方法描述可以被理解為，表示包括一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過(guò)程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來(lái)執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認(rèn)為是用于實(shí)現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實(shí)現(xiàn)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用。就本說(shuō)明書(shū)而言，"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲(chǔ)、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用的裝置。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個(gè)或多個(gè)布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計(jì)算機(jī)盤盒(磁裝置)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)，只讀存儲(chǔ)器(rom)，可擦除可編輯只讀存儲(chǔ)器(eprom或閃速存儲(chǔ)器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲(chǔ)器(cdrom)。另外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因?yàn)榭梢岳缤ㄟ^(guò)對(duì)紙或其他介質(zhì)進(jìn)行光學(xué)掃描，接著進(jìn)行編輯、解譯或必要時(shí)以其他合適方式進(jìn)行處理來(lái)以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個(gè)步驟或方法可以用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)：具有用于對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(pga)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)等。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。

此外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。

上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。