基于fpga的红外图像非均匀性校正及其增强

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1、万方数据2008年9月第23卷第5期渭南师范学院学报JournalofWeinanTeachersUniversitysept．2008V01．23No．5基于FPGA的红外图像非均匀性校正及其增强。王媛1，曹敏2，袁卫2，3(1武警西安指挥学院，西安710038；2西安电子科技大学，西安710071；3渭南师范学院，陕西渭南714000)摘要：文章介绍了一种根据红外探测器光谱响应的特点和基于参考源的两点温度非均匀性校正理论，采用FPGA器件实现红外成像系统的实时非均匀性两点校正，并对图像进行了增强．关键词：FPGA；非均匀性校正；两点校

2、正．中图分类号,．TP311文献标志码：A文章编号：1009--5128(2008)05—0032—04收稿日期：2008--03—27作者简介：王媛(1980一)，女，陕西延安人，武警西安指挥学院讲师，理学硕士；袁卫(1973一)，男，陕西渭南人，渭南师范学院物理与电子工程系副教授，西安电子科技大学在读博士．红外焦平面阵列(IRFPA)是当今成像技术发展的主要方向，其具有灵敏度高，探测能力强，能够获得有关物体更多的表面信息以及更高的、可变的帧速率等优点．但是，由于制造工艺和环境的影响，焦平面阵列中各单元之间存在较大的暗电流差异和响应率差

3、异，导致焦平面探测器在成像时存在严重的非均匀性H】．一般意义上的非均匀性是指红外焦平面阵列在同一均匀辐射下，由于探测器各阵列元的红外响应度不一致，其视频输出幅度不同而导致的像质降低，又称空间噪声或固定图案噪声．改善非均匀性通常采用两种方法：一是提高器件的研制水平，降低器件的非均匀性，但器件的研制水平已经达到了目前的工艺极限，因此，在现有的技术条件下，要生产出具有理想均匀性的器件非常困难．另一种途径是利用现代数字信号处理技术对红外焦平面阵列进行非均匀性校正，这是目前图像非均匀性校正技术研究的核心，特别是对于成本很高的红外焦平面阵列来说，利用

4、现代数字信号处理技术对其非均匀性进行校正，能使均匀性很差的红外焦平面阵列获得满意的图像，提高红外成像质量，具有很大的应用价值和现实意义．1红外焦平面非均匀性校正基本方法红外图像非均匀性校正有两种方法，一种是基于同一参考源的非均匀性校正法，如两点校正，多点校正；另一种是基于场景的自适应非均匀性校正法，如自适应校正法等．但是目前最成熟的，也是用的最多的还是两点校正p】．1．1两点校正法的实现条件两点校正法简便，并且校正速度快，很适合实时校正．但前提假设探测元的响应特性在所感兴趣的温度范围内(T。一TH)是线性的而且噪声影响较小，因而它只适用于

5、辐照度变化不太大的情况下．如果辐照度动态范围较大时，由于探测单元的非线性影响会使校正系数偏差太大，从而失去校正的意义．另外，探测器的响应也必须具有时间的稳定性．1．2两点校正法原理如果红外焦平面阵列元的响应特性在所感兴趣的温度范围内为线性，在时间上是稳定的，并假定1／f噪声的影响较小，则对于M×N元红外焦平面阵列在均匀辐射背景条件下的输出为：茗#(妒)=u#cp+移i(i=0，1，⋯⋯，N—l∥=0，1，⋯⋯，M一1．)(1)其中妒为辐射通量，Ⅱi和％分别为增益和偏移量．对于每一个焦平面阵列元，“g和Dg的值都是固定的，并且不随时间变化．

6、因此采用两点校正法即可实现红外焦平面阵列图像的非均匀性校正，其校正方程为：，，#-二Gi石#(妒)+0i(i=0，l，⋯⋯，N一1J=0，1，⋯⋯，M一1．)(2)其中G4和Oi分别为两点校正法的增益校正因子和偏移校正因子；y#为经过校正后的输出．两点校正法在光路中插入一均匀辐射的黑体，通过各阵列元对低温孔和高温％下的均匀黑体辐射的响应计算出皖和Oi从而实现非均匀性校正．在高温％时：万方数据2008年第5期王媛，等：基于FPGA的红外图像非均匀性校正及其增强·33·巧=G，RF(％)+O#在低温瓦时：坑=GFRF(EL)+O口则可得：(i

7、=0，1，⋯⋯，N一1J=0，1，⋯⋯，肘一1．)(i=0，1，⋯⋯，J7、r一1J=0，1，⋯⋯，M一1．)．％一y￡％2可匾丁可丽卟等嚣胖(3)(4)(i=0，1，⋯⋯，N一1∥=0，1，⋯⋯，M一1．)(5)(i=0，1，⋯⋯，N一1J=o，1，⋯⋯，M一1．)(6)其中冗F(E盯)和砖(既)分别为像元(i√)在高温和低温均匀辐射背景下的平均响应，％和K是焦平面阵列中所有M×N个阵列元的平均输出．其得出过程如下：在温度％辐照度为日时，采集．s帧图像数据，将各阵列元S帧的响应进行平均作为该阵列元在B下的响应R口(E日)=互尺≯(．)(

8、E日)／s(i=0，l，⋯⋯，N一1√=o，1，⋯⋯，M一1．)(7)而后再对焦平面阵列中所有M×N个阵列元的输出吃(E胃)求平均，得*xⅣ％=互Rg(EⅣ)／(M×^7)．s(i=o，l，⋯