一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置和方法论文和设计-李永富

全文摘要

本发明请求保护一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置和方法，包括短波红外标准辐射源、InGaAs短波红外成像仪、上位机检测分析系统及上位机成像校正系统；上位机检测分析系统采集传至上位机的校正用图像数据，上位机成像校正系统采集传至上位机的原始图像数据。本发明提出的方法主要针对十字盲元进行检测和处理，相比于常规校正处理方法，对于十字盲元的处理效果更好，InGaAs短波红外成像仪进行一次校正参数运算后，每次成像调用参数即可对图像校正，无需重新计算校正参数；针对短波红外成像仪利用景物反射光成像的特点，短波红外标准辐射源选用积分球，出光更为均匀，受温度影响小。

主设计要求

1.一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置，其特征在于，包括：短波红外标准辐射源、InGaAs短波红外成像仪、上位机检测分析系统及上位机成像校正系统；所述短波红外标准辐射源作为校正光源，提供校正用的短波红外光；所述InGaAs短波红外成像仪与上位机相连，接收光信号并将其转换为数据，最终传至上位机；所述上位机检测分析系统与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的校正用图像数据，分析计算非均匀校正、盲元补偿、中值滤波和灰度限幅拉伸要用的参数，然后将其保存至InGaAs短波红外成像仪的FLASH存储单元；所述上位机成像校正系统也与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的原始图像数据，读取校正用的参数，对原始图像数据进行校正处理；所述短波红外标准辐射源为带短波红外光源的积分球，积分球是一个内壁涂有漫反射材料的空腔球体，能够将光源发出的光线通过漫反射变为均匀的光，保证入射到InGaAs短波红外成像仪的光线是均匀的，相对于黑体来说其发热量小，光线更为均匀；所述InGaAs短波红外成像仪为基于面阵InGaAs短波红外焦平面探测器的面阵凝视型短波红外成像仪，响应波长范围0.9μm-1.7μm，检测分析时接收短波红外标准辐射源发出的光信号并转换为电信号，最终输出校正用图像数据至上位机；成像校正时接收景物反射短波红外光转换为电信号，最终输出原始图像数据至上位机；所述上位机检测分析系统包括校正用数据采集模块、参数计算模块及参数存储模块；所述校正用数据采集模块采集InGaAs短波红外成像仪传至上位机的校正用图像数据并缓存，为下一步参数计算做好准备；所述参数计算模块读入缓存在校正用数据采集模块的校正用图像数据，分别计算盲元补偿、非均匀校正、中值滤波和灰度限幅拉伸所用的参数；所述参数存储模块将焦平面像元的总行数和总列数M和N、盲元的位置、盲元的数量n、所有有效像元的响应率不均匀性、所有盲元的上下左右邻域的平均响应和四角邻域的平均响应所有盲元的有效邻域像元个数、十字盲元的位置、灰度限幅的阈值Rth和灰度拉伸的系数s依次分区存储至InGaAs短波红外成像仪的FLASH存储单元中。

设计方案

1.一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置，其特征在于，包括：

短波红外标准辐射源、InGaAs短波红外成像仪、上位机检测分析系统及上位机成像校正系统；

所述短波红外标准辐射源作为校正光源，提供校正用的短波红外光；

所述InGaAs短波红外成像仪与上位机相连，接收光信号并将其转换为数据，最终传至上位机；

所述上位机检测分析系统与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的校正用图像数据，分析计算非均匀校正、盲元补偿、中值滤波和灰度限幅拉伸要用的参数，然后将其保存至InGaAs短波红外成像仪的FLASH存储单元；

所述上位机成像校正系统也与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的原始图像数据，读取校正用的参数，对原始图像数据进行校正处理；

所述短波红外标准辐射源为带短波红外光源的积分球，积分球是一个内壁涂有漫反射材料的空腔球体，能够将光源发出的光线通过漫反射变为均匀的光，保证入射到InGaAs短波红外成像仪的光线是均匀的，相对于黑体来说其发热量小，光线更为均匀；

所述InGaAs短波红外成像仪为基于面阵InGaAs短波红外焦平面探测器的面阵凝视型短波红外成像仪，响应波长范围0.9μm-1.7μm，检测分析时接收短波红外标准辐射源发出的光信号并转换为电信号，最终输出校正用图像数据至上位机；

成像校正时接收景物反射短波红外光转换为电信号，最终输出原始图像数据至上位机；

所述上位机检测分析系统包括校正用数据采集模块、参数计算模块及参数存储模块；

所述校正用数据采集模块采集InGaAs短波红外成像仪传至上位机的校正用图像数据并缓存，为下一步参数计算做好准备；

所述参数计算模块读入缓存在校正用数据采集模块的校正用图像数据，分别计算盲元补偿、非均匀校正、中值滤波和灰度限幅拉伸所用的参数；

所述参数存储模块将焦平面像元的总行数和总列数M<\/i>和N<\/i>、盲元的位置设计说明书

技术领域

本发明属于短波红外图像处理领域，更具体的，涉及一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置和方法。

背景技术

近年来，随着InGaAs材料生长技术及其焦平面制备技术的高速发展，一种基于InGaAs材料的短波红外焦平面探测器出现并快速成熟，带动了短波红外固体成像技术的进步。InGaAs是一种Ⅲ-Ⅴ族的赝二元系半导体材料，为闪锌矿立方晶体结构，通过调整In和Ga的组分其相应波长范围可达0.5μm-2.5μm，并具有很高的量子效率和灵敏度。基于InGaAs材料的短波红外焦平面探测器具有非制冷室温工作、探测率高、均匀性好等优点，因此是小型化、低成本和高可靠性的短波红外成像仪的最佳选择，受到各个应用领域的青睐。在军事方面，短波红外成像仪可用于动态目标监视、跟踪，激光制导与激光雷达等领域；在工业方面，短波红外成像仪可用于塑料分拣、晶圆测试或者工业过程在线自动监控检测等领域；在民用方面，短波红外成像仪能勘探矿产资源、监测土壤和植被的含水量、监测大气成分变化或进行农作物的估产等领域。在短波红外成像仪拥有广阔前景的同时，这些应用领域也对短波红外成像仪提出了更高的要求。

虽然近年来短波红外焦平面和成像仪技术快速发展成熟，但受限于目前材料生长以及制造工艺等因素的影响，短波红外焦平面探测器的部分像元会有对光线响应不正常的情况，呈现为孤立或连续的亮点或暗点，即盲元。盲元的存在严重影响制约了短波红外成像仪的成像效果，导致了短波红外成像仪图像的视觉效果不佳，这对短波红外成像仪在某些特定场景的应用推广很不利。根据国家标准，盲元一般按原理分为过热像元和死像元，在这里，为方便接下来介绍，我们按处理方法将盲元分为十字盲元和普通盲元。定义盲元其上、下、左、右、左上、右上、左下、右下8个像元为邻域像元，若盲元的邻域像元中上、下、左、右4个像元的平均响应大于左上、右上、左下、右下4个像元平均响应的105%或小于左上、右上、左下、右下4个像元平均响应的95%，则我们定义这个盲元为十字盲元；若盲元的邻域像元中上、下、左、右4个像元的平均响应处于左上、右上、左下、右下4个像元平均响应的95%~105%区间内，则定义其为普通盲元。

现有技术中针对短波红外检测的有CN201610937441.3，CN201611125951.7，CN201810828848.1等，其针对不影响周围像元的普通盲元，无论是线性插值、邻域替代等基本方法，还是基于场景的智能处理方法，都能获得不错的补偿效果，大幅提升图像的视觉效果。但是这些方法在处理十字盲元时则显得不适用，补偿效果很难达到预期，有时甚至会加剧图像的不均匀性。因此如果短波红外成像仪使用的焦平面探测器有十字盲元，现有的处理方法将无法获得最佳的图像质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正方法。这种方法不仅能有效地对十字盲元进行补偿，对普通盲元也有优异的补偿效果，能够大幅提升获得的短波红外图像的视觉效果，并且有较高的图像处理效率。

本申请请求保护一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置，其特征在于，包括：

短波红外标准辐射源、InGaAs短波红外成像仪、上位机检测分析系统及上位机成像校正系统；

所述短波红外标准辐射源作为校正光源，提供校正用的短波红外光；

所述InGaAs短波红外成像仪与上位机相连，接收光信号并将其转换为数据，最终传至上位机；

所述上位机成像校正系统也与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的原始图像数据，读取校正用的参数，对原始图像数据进行校正处理。

所述短波红外标准辐射源为带短波红外光源的积分球，积分球是一个内壁涂有漫反射材料的空腔球体，能够将光源发出的光线通过漫反射变为均匀的光，保证入射到InGaAs短波红外成像仪的光线是均匀的，相对于黑体来说其发热量小，光线更为均匀。

所述InGaAs短波红外成像仪为基于面阵InGaAs短波红外焦平面探测器的面阵凝视型短波红外成像仪，响应波长范围0.9μm-1.7μm，检测分析时接收短波红外标准辐射源发出的光信号并转换为电信号，最终输出校正用图像数据至上位机；成像校正时接收景物反射短波红外光转换为电信号，最终输出原始图像数据至上位机。

所述上位机检测分析系统包括校正用数据采集模块、参数计算模块及参数存储模块。

所述上位机成像校正系统包括原始图像数据采集模块、参数读入模块和图像校正模块。

本发明还请求保护一种所述的InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.打开短波红外标准辐射源进行预热，将InGaAs短波红外成像仪对准短波红外标准辐射源的出光孔并固定好，连接InGaAs短波红外成像仪到上位机。

B.待短波红外标准辐射源预热完成后，打开上位机检测分析系统使用InGaAs短波红外成像仪采集校正用图像数据。

C.基于采集到的校正用图像数据，使用上位机检测分析系统对盲元补偿、非均匀校正、中值滤波和灰度限幅拉伸所用的参数进行计算。

D.将计算得到的盲元补偿、非均匀校正、中值滤波和灰度限幅拉伸参数存储至InGaAs短波红外成像仪的FLASH存储单元中。

E.将InGaAs短波红外成像仪取下并对准待成像景物，打开上位机成像校正系统采集景物的原始图像数据。

F.调用存储在InGaAs短波红外成像仪的FLASH存储单元中的校正参数，对采集到的原始图像数据依次进行非均匀校正、盲元补偿、中值滤波和灰度限幅拉伸，最终得到处理后的图像数据。

本发明的有益效果为：

1.本发明提出的方法主要针对十字盲元进行检测和处理，相比于常规校正处理方法，对于十字盲元的处理效果更好。

2.本发明在对十字盲元的处理取得好的效果的同时，对普通盲元也有着极好的处理效果。

3. InGaAs短波红外成像仪进行一次校正参数运算后，每次成像调用参数即可对图像校正，无需重新计算校正参数。

4.针对短波红外成像仪利用景物反射光成像的特点，所述短波红外标准辐射源选用积分球，相对大多数校正方法中使用的高温辐射黑体，出光更为均匀，受温度影响小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所请求保护的一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置的工作方法流程示意图。

图2为本发明所请求保护的一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置的上位机检测分析系统工作流程图。

图3为本发明所请求保护的一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置的上位机成像校正系统工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明首先请求保护一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置，其特征在于，包括：

短波红外标准辐射源、InGaAs短波红外成像仪、上位机检测分析系统及上位机成像校正系统；

所述短波红外标准辐射源作为校正光源，提供校正用的短波红外光；

所述InGaAs短波红外成像仪与上位机相连，接收光信号并将其转换为数据，最终传至上位机；

所述上位机成像校正系统也与InGaAs短波红外成像仪相连，采集传至上位机的原始图像数据，读取校正用的参数，对原始图像数据进行校正处理。

所述上位机检测分析系统包括校正用数据采集模块、参数计算模块及参数存储模块。

所述上位机成像校正系统包括原始图像数据采集模块、参数读入模块和图像校正模块。

优选的，所述上位机检测分析系统包括校正用数据采集模块、参数计算模块及参数存储模块；

所述校正用数据采集模块采集InGaAs短波红外成像仪传至上位机的校正用图像数据并缓存，为下一步参数计算做好准备；

所述参数计算模块读入缓存在校正用数据采集模块的校正用图像数据，分别计算盲元补偿、非均匀校正、中值滤波和灰度限幅拉伸所用的参数；

所述参数存储模块将焦平面像元的总行数和总列数M<\/i>和N<\/i>、盲元的位置、盲元的数量n<\/i>、所有有效像元的响应率不均匀性、所有盲元的设计图

一种InGaAs短波红外成像仪的十字盲元检测及校正装置和方法论文和设计-李永富

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