專利名稱：紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及紅外熱圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，紅外圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、消防、安防、交通、電力、建筑、電子制造和石化冶金等諸多領(lǐng)域。對(duì)應(yīng)的紅外系統(tǒng)在理想情況下，紅外焦平面陣列受均勻輻射，輸出幅度應(yīng)完全一樣。但實(shí)際上，由于制作器件的半導(dǎo)體材料不均勻(雜質(zhì)濃度、晶體缺陷及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻性等)、掩膜誤差、缺陷、工藝條件及使用環(huán)境等影響下，其輸出幅度并不相同，這就是紅外焦平面陣列響應(yīng)的非均勻性。紅外非均勻性造成的原因有很多種，其中主要原因是熱像探測(cè)元自身的非均勻性，另外紅外焦平面陣列外界輸入也會(huì)造成對(duì)非均勻的影響。如探測(cè)器的偏置電壓、偏置電流的不同，也將造成輸出的不均勻性，在圖像上主要表現(xiàn)為空間噪聲或固定圖案噪聲。而常用的紅外非均勻性校正技術(shù)有很多種，如基于定標(biāo)的一點(diǎn)校正、兩點(diǎn)校正非均勻算法及均勻?yàn)V波算法等。一點(diǎn)校正非均勻算法就是在同一輻射條件下把各個(gè)熱成像探測(cè)兀的輸出信號(hào)校正為一致，即在某一入射福射下，把不同的熱成像探測(cè)兀輸出信號(hào)校正為其平均信號(hào)。校正過(guò)程分為標(biāo)定和補(bǔ)償兩步，具體方法是先用預(yù)定溫度下的均勻輻射黑體輻照探測(cè)器，得到此時(shí)每個(gè)探測(cè)元的響應(yīng)輸出，求其算術(shù)平均值；兩點(diǎn)校正非均勻算法就是將所有探測(cè)單元的響應(yīng)特性曲線通過(guò)旋轉(zhuǎn)平移，變換為同一條響應(yīng)特性曲線L。經(jīng)校正后，在均勻的輻射輸入情況下，各探測(cè)單元的輸出電信號(hào)相同，從而消除了紅外圖像的非均勻性噪聲，其不僅對(duì)器件的增益系數(shù)做補(bǔ)償，還對(duì)偏置系數(shù)進(jìn)行了校正。雖然熱成像的非均勻性校正算法有很多種，但是目前還沒(méi)有找到一種適應(yīng)性較強(qiáng)的算法，各種非均勻校正算法都有它的不足，例如一點(diǎn)校正法僅能在一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)處把單元的輸出信號(hào)校正一致，隨著相對(duì)于這個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的偏移越大，由于探測(cè)器各探測(cè)元響應(yīng)度的非一致性，校正誤差也越大，校正精度較低，兩點(diǎn)校正法的第二個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的選取存在困難，適應(yīng)性差，當(dāng)紅外傳感器長(zhǎng)時(shí)間工作或環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，焦平面陣列的非均勻性也發(fā)生漂移，紅外圖像校正效果逐漸惡化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種能夠有效提高紅外圖像質(zhì)量，降低紅外非均勻性，適應(yīng)性強(qiáng)且移植性好的紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)。所述系統(tǒng)充分利用FPGA內(nèi)部資源，實(shí)現(xiàn)紅外圖像實(shí)時(shí)非均勻性校正，增益校正精度達(dá)1/1024，偏移量校正精度達(dá)1/4096。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例提出了一種紅外圖像處理裝置，設(shè)有用于感測(cè)采集低溫黑體、高溫黑體、常溫黑體及目標(biāo)物分別對(duì)應(yīng)的第一、第二、第三及第四響應(yīng)值的紅外傳感器、存儲(chǔ)有基于對(duì)低溫黑體和高溫黑體標(biāo)定生成的用于非均勻性校正的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊及用于輸出紅外圖像的圖像輸出模塊，所述數(shù)據(jù)至少包括第一偏移量、第一增益系數(shù)、盲元地址、盲元數(shù)據(jù)、第一響應(yīng)值及第二響應(yīng)值，所述紅外圖像處理裝置還包括用于使用所述第一偏移量和第一增益系數(shù)且采用兩點(diǎn)校正法和一點(diǎn)校正法對(duì)常溫黑體的第三響應(yīng)值進(jìn)行處理得到第二偏移量和第二增益系數(shù)的偏移量修正模塊；連接于偏移量修正模塊的、用于對(duì)目標(biāo)物的第四響應(yīng)值中所述盲元地址對(duì)應(yīng)的盲元數(shù)據(jù)用其物理地址周圍多個(gè)像元的像元數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值代替的盲元替換模塊；連接于盲元替換模塊的、用于采用第二偏移量和第二增益系數(shù)對(duì)盲元替換模塊處理過(guò)的目標(biāo)物的第四響應(yīng)值實(shí)時(shí)進(jìn)行非均勻性校正并傳送給圖像輸出模塊輸出的非均勻性校正模塊。進(jìn)一步地，所述紅外圖像處理裝置還設(shè)有連接于非均勻性校正模塊的、用于紅外圖像輸出的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外界環(huán)境溫度并判斷溫度變化是否超出預(yù)定范圍以在超出預(yù)定 范圍時(shí)對(duì)偏移量再次校正的溫度判斷模塊；所述存儲(chǔ)模塊、偏移量修正模塊、盲元替換模塊、非均勻性校正模塊及溫度判斷模塊集成于一校正單元中，所述紅外圖像處理裝置還設(shè)有連接并用于控制紅外傳感器、校正單元及圖像輸出模塊相互配合地工作的控制模塊。進(jìn)一步地，所述紅外圖像處理裝置還設(shè)有連接于偏移量修正模塊的、用于依是否收到用戶輸入的標(biāo)定指令判斷是否需要進(jìn)行標(biāo)定的標(biāo)定判斷模塊。進(jìn)一步地，所述紅外圖像處理裝置還包括連接于標(biāo)定判斷模塊的、用于對(duì)讀取的低溫黑體和高溫黑體分別對(duì)應(yīng)的第一響應(yīng)值和第二響應(yīng)值標(biāo)記盲元的盲元標(biāo)記子模塊；連接于盲元標(biāo)記子模塊的、用于采用兩點(diǎn)校正法對(duì)盲元標(biāo)記子模塊所標(biāo)記過(guò)盲元的第一響應(yīng)值和第二響應(yīng)值進(jìn)行處理以得到并存儲(chǔ)第一偏移量和第一增益系數(shù)的參數(shù)計(jì)算子模塊。相應(yīng)地，本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種紅外圖像處理系統(tǒng)，設(shè)有用于進(jìn)行軍事或商業(yè)應(yīng)用的紅外圖像應(yīng)用裝置，所述紅外圖像處理系統(tǒng)還設(shè)有連接于所述紅外圖像應(yīng)用裝置的、如上所述的紅外圖像處理裝置。本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)的有益效果是通過(guò)對(duì)常溫黑體的紅外圖像采用兩點(diǎn)校正法和一點(diǎn)校正法對(duì)標(biāo)定的第一偏移量和第一增益系數(shù)再次修正，且使用修正后的參數(shù)進(jìn)行非均勻性校正，從而有效提高了紅外圖像質(zhì)量，降低了紅外非均勻性，所述裝置的移植性好。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理方法的流程示意圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理裝置的功能模塊示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)通過(guò)采用對(duì)常溫黑體的紅外圖像采用兩點(diǎn)校正法和一點(diǎn)校正法對(duì)標(biāo)定的第一偏移量和第一增益系數(shù)進(jìn)行再次修正，得到的標(biāo)定參數(shù)更精確，且使用修正后的參數(shù)進(jìn)行非均勻性校正，從而有效提高紅外圖像質(zhì)量，降低紅外非均勻性，所述方法的適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)算速度快，能實(shí)現(xiàn)紅外圖像實(shí)時(shí)校正；硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可移植性好，能方便地嵌入到其它紅外圖像的應(yīng)用系統(tǒng)中，大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低成本，便于產(chǎn)品升級(jí)。所述裝置的移植性好。請(qǐng)參考圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理方法是基于對(duì)低溫黑體和高溫黑體標(biāo)定生成的用于非均勻性校正的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)至少包括第一偏移量、第一增益系數(shù)、盲元地址、盲元數(shù)據(jù)及低溫黑體和高溫黑體分別對(duì)應(yīng)的第一響應(yīng)值和第二響應(yīng)值，所述紅外圖像處理方法包括標(biāo)定判斷步驟判斷是否需要進(jìn)行標(biāo)定，若收到用戶輸入的標(biāo)定指令則進(jìn)入標(biāo)定步驟；否則，進(jìn)入常溫黑體成像步驟。標(biāo)定步驟包括高溫黑體成像子步驟置高溫黑體于紅外傳感器前，使紅外傳感器每個(gè)像元接受·均勻高溫輻射，采集并讀取高溫黑體對(duì)應(yīng)的第二響應(yīng)值。低溫黑體成像子步驟置低溫黑體于紅外傳感器前，使紅外傳感器每個(gè)像元接受均勻低溫輻射，采集并讀取低溫黑體對(duì)應(yīng)的第一響應(yīng)值。盲元標(biāo)記子步驟對(duì)讀取的所述低溫黑體和高溫黑體的分別對(duì)應(yīng)的第一響應(yīng)值和第二響應(yīng)值標(biāo)記盲元，得到包括盲元地址和盲元數(shù)據(jù)的盲元信息。參數(shù)校正子步驟采用兩點(diǎn)校正法對(duì)標(biāo)記過(guò)盲元的第一響應(yīng)值和第二響應(yīng)值進(jìn)行處理得到所述第一偏移量和第一增益系數(shù)，參數(shù)校正子步驟中使用計(jì)算公式為，第一增益
γΤ2 _γΤ\
系數(shù)Gy. ~ρτ，第一偏移量η _ Tl r 其中，i表不像兀的第一軸坐標(biāo)，j
VV—V V，
表示像元的第二軸坐標(biāo)(本說(shuō)明書中第一軸為X軸或Y軸，對(duì)應(yīng)地第二軸為Y軸或X軸)，T1、T2表示低、高溫黑體的區(qū)分標(biāo)記，Gij表示坐標(biāo)為ij的像元的第一增益系數(shù)，Yn和Yt2分別表示對(duì)標(biāo)定時(shí)生成并存儲(chǔ)的低、高溫黑體的第一響應(yīng)值、第二響應(yīng)值求取的算術(shù)平均值，xIl、 H2分別表示標(biāo)定時(shí)生成并存儲(chǔ)的坐標(biāo)為ij的像元對(duì)應(yīng)于低、高溫黑體的第一響應(yīng)值、第二響應(yīng)值，Qij表示坐標(biāo)為i j的像元的第一偏移量。若不需要進(jìn)行標(biāo)定或參數(shù)校正子步驟之后則進(jìn)入常溫黑體成像步驟，即所述紅外圖像處理方法還包括常溫黑體成像步驟置常溫黑體于紅外傳感器前，使紅外傳感器每個(gè)像元接受均勻常溫輻射，采集并讀取此時(shí)的常溫黑體對(duì)應(yīng)的第三響應(yīng)值。本實(shí)施方式中，常溫黑體采用位于鏡頭和紅外傳感器之間的黑色檔板，所述黑色擋板可移動(dòng)遮蓋住紅外傳感器。偏移量修正步驟使用所述第一偏移量和增益系數(shù)且采用兩點(diǎn)校正法和一點(diǎn)校正法對(duì)常溫黑體的第三響應(yīng)值進(jìn)行處理得到第二偏移量和第二增益系數(shù)，計(jì)算方法如下先使用計(jì)算公式Y(jié)ij = Gij · Xi^Qij計(jì)算出常溫黑體的第三響應(yīng)值中國(guó)所有像元經(jīng)過(guò)兩點(diǎn)校正后的值Yij,并求其算術(shù)平均值YT3，再使用公式Q, u = Qij^Y13-Yij得到每個(gè)像元修正后的中間偏移量；偏移量修正步驟還包括浮點(diǎn)至定點(diǎn)轉(zhuǎn)換、去符號(hào)處理子步驟，計(jì)算方法為對(duì)中間偏移量存儲(chǔ)前(送入FPGA的RAM之前)進(jìn)行去符號(hào)處理，得到第二偏移量Q" u =A+Qij+Y^-Yij，對(duì)標(biāo)定生成的第一增益系數(shù)存儲(chǔ)前(送入FPGA的RAM之前)進(jìn)行浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換至定點(diǎn)的計(jì)算，得到第二增益系數(shù)
權(quán)利要求1.一種紅外圖像處理裝置，其特征在于，設(shè)有用于感測(cè)采集低溫黑體、高溫黑體、常溫黑體及目標(biāo)物分別對(duì)應(yīng)的第一、第二、第三及第四響應(yīng)值的紅外傳感器、存儲(chǔ)有基于對(duì)低溫黑體和高溫黑體標(biāo)定生成的用于非均勻性校正的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊及用于輸出紅外圖像的圖像輸出模塊。
2.—種紅外圖像處理系統(tǒng)，設(shè)有用于進(jìn)行軍事或商業(yè)應(yīng)用的紅外圖像應(yīng)用裝置，其特征在于，所述紅外圖像處理系統(tǒng)還設(shè)有如權(quán)利要求I所述的紅外圖像處理裝置，所述紅外圖像處理裝置連接于所述紅外圖像應(yīng)用裝置。
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)，所述紅外圖像處理裝置，設(shè)有用于紅外傳感器、存儲(chǔ)模塊及用于輸出紅外圖像的圖像輸出模塊，還包括偏移量修正模塊、盲元替換模塊及非均勻性校正模塊。本實(shí)用新型實(shí)施例的紅外圖像處理裝置及系統(tǒng)通過(guò)對(duì)常溫黑體的紅外圖像采用兩點(diǎn)校正法和一點(diǎn)校正法對(duì)標(biāo)定的第一偏移量和第一增益系數(shù)再次修正，且使用修正后的參數(shù)進(jìn)行非均勻性校正，從而有效提高了紅外圖像質(zhì)量，降低了紅外非均勻性，所述裝置的移植性好。
文檔編號(hào)G01J5/00GK202631114SQ20122008858
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者蘇滿紅, 吳志敏, 鐘江生, 葉瑋淵 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院