红外图像的校正方法及装置与流程

本公开涉及红外成像领域，具体地，涉及一种红外图像的校正方法及装置。

背景技术：

红外焦平面阵列探测器广泛应用于军工、民业和医疗领域，非制冷长波红外热像仪的探测器由于不需要杜瓦瓶等制冷器件，可以做到小型化，受到越来越多人的关注。

由于制造工艺的限制使得红外探测器阵列的各个单元在相同热辐射条件下响应度不一致，导致了叠加在图像上的固定噪声(fpn)，严重影响了成像质量。此外，非制冷长波红外探测器没有杜瓦瓶无法产生恒温环境，因此受靶面温度变化与自身开机时间的影响，产生温度漂移，在某一靶面温度下得到的校正系数，在另一靶面温度下会产生较大的偏移。

目前，对非制冷长波红外焦平面阵列的非均匀性进行校正的方法可分为物理硬件校正与算法软件校正。物理校正方法通常是在成像设备中引入快门挡片，当靶面温度改变时，快门关闭，采集一幅包含实时环温下的背景黑体图像，在两点校正的基础上对探测器本底图像进行一点校正，消除靶面温度变化对非均匀校正系数的影响。然而这种物理硬件的校正方式由于挡片的存在占用了成像系统的空间，不利于成像系统机械结构的轻小型化设计。此外，长时间的开关挡片，不仅会对镜头和探测器表面造成一定程度的磨损，而且在剧烈震动的环境下使用容易造成机械结构上的损坏。

算法软件校正方法通常是根据场景信息利用信号处理算法自适应地更新校正系数，在一定程度上克服非制冷长波红外探测器温度漂移带来的校正误差。软件校正方法运算量较大，实时处理能力较弱，硬件资源需求量大，校正结果依赖实时场景。此外，还要求场景是经常变化的，对静止场景或局部场景不变的情况校正效果不好。因此，基于场景信息自适应性校正方法现阶段停留在研究阶段，并未实际应用到工程领域。

可见，目前尚无较好的对红外图像进行非均匀校正的方法。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种红外图像的校正方法及装置，用于提供一种较好的对红外图像进行非均匀校正的方式。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种红外图像的校正方法，包括：

在采集红外图像时，获取红外探测器的当前靶面温度；

根据所述当前靶面温度，确定校正系数；

根据所述校正系数，对所述红外图像进行非均匀校正。

可选的，所述方法还包括：

在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像；

根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系；

根据所述当前靶面温度，确定校正系数，包括：

根据所述当前靶面温度及所述对应关系，确定对应于所述每个像元的偏置系数。

可选的，根据所述当前靶面温度及所述对应关系，确定对应于所述每个像元的偏置系数，包括：

从n个靶面温度区间中确定所述当前靶面温度所在的目标靶面温度区间，其中，n为正整数，且n≥2；

根据所述当前靶面温度，及与所述目标靶面温度区间匹配的对应关系，确定对应于所述每个像元的偏置系数。

可选的，在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像，包括：

对所述n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行所述在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像的步骤；

根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系，包括：

对所述n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行所述根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系的步骤，以得到与所述每个靶面温度区间匹配的对应关系。

可选的，所述方法还包括：

分别对所述每个靶面温度区间，根据同一靶面温度下采集的不同黑体辐射源的本底图像，得到与所述每个靶面温度区间匹配的放大系数，其中，所述放大系数用于校正因黑体辐射源改变引起的灰度值偏差；

根据所述校正系数，对所述红外图像进行非均匀校正，包括：

根据所述每个像元的偏置系数、及与所述目标靶面温度区间匹配的放大系数，对所述红外图像进行非均匀校正。

可选的，在获取红外探测器的当前靶面温度之后，还包括：

检测所述当前靶面温度与已存靶面温度的差值是否大于预设阈值，所述已存靶面温度为上一次进行非均匀校正时采集的靶面温度；

根据所述当前靶面温度，确定校正系数，包括：

在所述差值小于所述预设阈值时，将已存校正系数确定为所述校正系数，所述已存校正系数为上一次进行非均匀校正采用的校正系数。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种红外图像的校正装置，包括：

获取模块，用于在采集红外图像时，获取红外探测器的当前靶面温度；

确定模块，用于根据所述当前靶面温度，确定校正系数；

校正模块，用于根据所述校正系数，对所述红外图像进行非均匀校正。

可选的，所述装置还包括：

采集模块，用于在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像；

建立模块，用于根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系；

所述确定模块用于：

根据所述当前靶面温度及所述对应关系，确定对应于所述每个像元的偏置系数。

可选的，所述确定模块用于：

从n个靶面温度区间中确定所述当前靶面温度所在的目标靶面温度区间，其中，n为正整数，且n≥2；

根据所述当前靶面温度，及与所述目标靶面温度区间匹配的对应关系，确定对应于所述每个像元的偏置系数。

可选的，所述采集模块用于：

对所述n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行所述在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像的步骤；

所述建立模块用于：

对所述n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行所述根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系的步骤，以得到与所述每个靶面温度区间匹配的对应关系。

可选的，所述装置还包括：

获得模块，用于分别对所述每个靶面温度区间，根据同一靶面温度下采集的不同黑体辐射源的本底图像，得到与所述每个靶面温度区间匹配的放大系数，其中，所述放大系数用于校正因黑体辐射源改变引起的灰度值偏差；

所述校正模块用于：

根据所述每个像元的偏置系数、及与所述目标靶面温度区间匹配的放大系数，对所述红外图像进行非均匀校正。

可选的，所述装置还包括：

检测模块，用于在获取红外探测器的当前靶面温度之后，检测所述当前靶面温度与已存靶面温度的差值是否大于预设阈值，所述已存靶面温度为上一次进行非均匀校正时采集的靶面温度；

所述确定模块用于：

在所述差值小于所述预设阈值时，将已存校正系数确定为所述校正系数，所述已存校正系数为上一次进行非均匀校正采用的校正系数。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由红外热像仪的处理器执行时，使得红外热像仪能够执行一种红外图像的校正方法，所述方法包括：

在采集红外图像时，获取红外探测器的当前靶面温度；

根据所述当前靶面温度，确定校正系数；

根据所述校正系数，对所述红外图像进行非均匀校正。

本公开可以根据采集红外图像时的当前靶面温度来确定校正系数，再基于确定的校正系数来对红外图像进行非均匀校正。由于探测器的靶面温度值最靠近探测器成像的靶面温度，通过由当前靶面温度确定校正系数的方式可以较好地避免因温度变化对红外探测器非均匀校正的影响，有利于提升红外探测器的成像质量。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的靶面温度-灰度值曲线示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种红外图像的校正方法的流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的对红外图像进行非均匀校正的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种红外图像的校正装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

首先，对本公开的物理基础进行介绍。

请参见图1，图1展示了某一像元在不同靶面温度下，面对20℃和40℃黑体辐射源给出的灰度值变化曲线。从图中可以看出：

1)在黑体辐射源不变的条件下，靶面温度的改变会引起探测器灰度值输出发生漂移，这是靶面温度变化造成非均校正产生偏移的根本原因。

2)靶面温度-灰度值变化成多项式函数曲线分布，这是本公开主要的物理基础。

3)40℃黑体与20℃黑体灰度值输出差值也随靶面温度变化而改变，但变化幅度较小，说明两点放大系数k在不同靶面温度下也存在差异。

图2是根据一示例性实施例示出的一种红外图像的校正方法的流程图，如图2所示，该红外图像的校正方法可以应用于红外热像仪等能够采集红外图像的设备中，包括以下步骤。

步骤s21：在采集红外图像时，获取红外探测器的当前靶面温度。

步骤s22：根据当前靶面温度，确定校正系数。

步骤s23：根据校正系数，对红外图像进行非均匀校正。

本公开实施例中的红外探测器可以是非制冷红外探测器，通过红外探测器采集红外图像时，可以先获取红外探测器当前的靶面温度，获取的方式可以是通过集成在红外探测器的靶面上的高精度温度传感器，等等。

校正系数可以用来对红外图像进行非均匀校正，对于校正系数究竟包括哪些系数，本公开实施例不作限定，例如校正系数可以包括偏置系数(本公开实施例中用i^en表示)，或者例如，校正系数也可以包括偏置系数i^en与放大系数(本公开实施例中用k表示)，等等。

可选的，校正系数可以包括偏置系数i^en，那么可以在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像，然后根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系。可以根据当前靶面温度及对应关系，确定对应于每个像元的偏置系数i^en。

根据当前靶面温度，确定偏置系数i^en，可以是每一个像元均对应有一个偏置系数i^en，比如，针对640×480的红外图像，那么可以确定分别对应于每个像元的640×480个偏置系数i^en。然后在根据确定的偏置系数i^en对每一个像元进行校正。

对于根据当前靶面温度确定偏置系数i^en的方式，本公开实施例不作限定，可以预先建立靶面温度与偏置系数i^en之间的对应关系，那么可以直接基于当前靶面温度，通过对应关系查找相应的偏置系数i^en。对于如何建立靶面温度与偏置系数i^en之间的对应关系，本公开实施例同样不作限定，以下对可能的方式进行说明。

红外图像的每个像元输出灰度值随靶面温度变化而变换，因此可以设置多个靶面温度采样点，在这多个靶面温度点下采集相同黑体辐射源的本底图像。采集的方式例如可以将探测器放到恒温箱，通过调整恒温箱的温度获取不同探测器靶面温度下的本底图像，然后针对同一位置上的像元在不同温度下的本底图像中的灰度值来建立对应像元的靶面温度-灰度值的函数关系，其中的灰度值即为本公开实施例中的偏置系数i^en。

比如，分别在靶面温度为-10℃、0℃、及10℃的条件下采集同一黑体辐射源，得到三个本底图像，那么对三个本底图像中每个同一位置的像元而言都获得了对应于三个温度采样点的灰度值，那么可以对每一个像元拟合靶面温度-灰度值多项式函数曲线，得到分别针对每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系。在校正时可以直接将采集的当前靶面温度在每个像元的灰度值-靶面温度对应关系中查找，进而得到每个像元的偏置系数i^en。

可选的，根据当前靶面温度及对应关系，确定对应于每个像元的偏置系数i^en，可以从n个靶面温度区间中确定当前靶面温度所在的目标靶面温度区间，然后根据当前靶面温度，及与目标靶面温度区间匹配的对应关系，确定对应于每个像元的偏置系数i^en。

对于究竟划分多少个靶面温度区间，也就是n的值究竟是多少，本公开实施例不作限定，划分两个或两个以上的靶面温度区间均可。

也就是说，可以划分多个靶面温度区间，针对每个靶面温度区间，可以分别建立灰度值-靶面温度的对应关系，那么在进行红外图像校正时，可以先确定当前靶面温度所属于的靶面温度区间，再使用该靶面温度区间的对应关系来查找偏置系数i^en。通过这样的方式，可以得到更为准确的偏置系数i^en，进而更好地对红外图像进行校正。

可选的，在划分了n个靶面温度区间的情况下，可以对n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像的步骤，以及对n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系的步骤，以得到与每个靶面温度区间匹配的对应关系。

例如，可以划分四个靶面温度区间，分别为：

极低温靶面温度区间e1：[-15℃，+10℃]；

低温靶面温度区间e2：[+10℃，+30℃]；

中温靶面温度区间e3：[+30℃，+40℃]；

高温靶面温度区间e4：[+40℃，+50℃]。

在每个靶面温度区间内，均设置多个靶面温度采样点，在这多个靶面温度采样点下采集相同黑体辐射源的本底图像，进而得到与每个温度段相匹配的灰度值-靶面温度对应关系。靶面温度采样点的个数至少比多项式函数最高次幂大一，即如果多项式函数最高次幂为n，那么温度点个数至少为n+1。由于本公开使用的非制冷长波红外探测器在本公开成像系统的配置下多项式函数成二次函数曲线分布，所以可以在每个靶面温度区间内设置三个靶面温度点。每个靶面温度区间内选取的靶面温度点如表1所示。

表1各靶面温度区间的采样点

在设定好的靶面温度采样点处，采集针对同一黑体辐射源产生的本底图像，基于采集的本底图像拟合温度-灰度值多项式曲线。不同靶面温度区间各采样点下采集本底图像使用的黑体辐射源温度如表2所示，考虑到极低的温度下，物体的自身的温度也不会太高，一般与靶面温度相差不大，因此在极低环温下，使用的黑体辐射源的温度也较其他靶面温度区间的偏低。

表2不同靶面温度区间各采样点下采集本底使用的黑体辐射源温度

首先建立靶面温度-灰度值多项式曲线模型：

其中，i^en(i,j,t)表示在靶面温度区间en(n＝1，2，3，4)下，靶面温度为t时，像元(i，j)输出的灰度值，t1^en(i,j)和为待求解系数，在划分四个靶面温度区间的情况下，将得到四组式(1)，分别对应不同的靶面温度区间。这个式子的作用相当于硬件实现档快门操作，相应的可以称式(1)为软件快门操作。根据表1，2的采集方式，可以解出不同像元在不同靶面温度区间下的模型参数，求解待求解系数的方式比如可以将各靶面温度区间采集的本底1，2，3带入式(1)，可得：

其中，i1^en(i,j,t1)表示在靶面温度区间en(n＝1，2，3，4)下，靶面温度点为t1时，本底1的图像像元(i，j)输出的灰度值；表示在靶面温度区间en(n＝1，2，3，4)下，靶面温度点为t2时，本底2的图像像元(i，j)输出的灰度值；表示在靶面温度区间en(n＝1，2，3，4)下，靶面温度点为t3时，本底3的图像像元(i，j)输出的灰度值。通过求解方程组(2)，可以得到不同像元在不同靶面温度区间下的模型参数t1^en(i,j)和进而得到分别对应于四个靶面温度区间的四组靶面温度-灰度值函数关系。在校正红外图像时，便可以直接将当前靶面温度代入所属靶面温度区间的温度-灰度值函数关系(每个像元均有一个函数关系)，以得到针对每个像元的偏置系数i^en。通过物理建模实现软件快门的方式，无需在成像系统内安装实体快门，节省了红外热像仪内部空间，提高了红外成像系统的稳定性，同时避免了因硬件快门反复开关可能带来的镜头磨损。

可选的，还可以分别对每个靶面温度区间，根据同一靶面温度下采集的不同黑体辐射源的本底图像，得到与每个靶面温度区间匹配的放大系数k，其中，放大系数k用于校正因黑体辐射源改变引起的灰度值偏差，那么可以根据校正系数、及与目标靶面温度区间匹配的放大系数，对红外图像进行非均匀校正。

也就是说，针对每个靶面温度区间，都可以计算一个相应的两点放大系数，记为k。现有的两点放大系数k是在单一环境温度下标定得到的，无法应对较宽的温度范围(比如-15℃～+50℃)，往往造成在某一温度范围内非均匀校正效果较好，但在另一温度范围内会出现明显的“锅盖”(四周亮中心暗或是四周暗中心亮)效应，严重的影响成像质量。因此本公开可以在多个靶面温度区间下，进行非均匀校正，那么在校正红外图像时，可以使用当前靶面温度所述的靶面温度区间对应的k值来进行校正，进而能够抑制因不同靶面温度造成放大系数k变化产生的“锅盖”效应。

例如，请继续参见上述的表2，k需要在同一靶面温度，两个不同的黑体辐射源下求解，那么可以根据各靶面温度区间内的靶面温度采样点2中的本底2图像与本底4图像可以计算两点放大系数k，计算公式如下：

其中，mean()表示本底图像的灰度均值。

对于如何使用放大系数k来对红外图像进行校正，比如可以在获得了当前靶面温度t后，首先判断t属于哪个靶面温度区间，然后根据式(1)得到校正系数，再结合式(3)计算出得两点放大系数k，得到当前图像it非均匀校正结果为：

其中，i(i,j)表示红外探测器当前采集的红外图像的像元(i，j)的灰度值。

通过上述方式，一方面降低了因靶面温度变化导致放大系数k值漂移造成的“锅盖”效应，另一方面分段拟合靶面温度-灰度值多项式曲线可以在降低多项式最高次幂的同时保证拟合精度，减少了热像仪出厂前非均匀校正的本底采集数量，提高热像仪产能。

可选的，在获取红外探测器的当前靶面温度之后，还可以检测当前靶面温度与已存靶面温度的差值是否大于预设阈值，已存靶面温度为上一次进行非均匀校正时采集的靶面温度，那么可以在差值小于预设阈值时，将已存校正系数确定为对当前的红外图像进行校正的校正系数，已存校正系数可以是上一次进行非均匀校正采用的校正系数。

考虑到在环境变化不大时，非均匀校正结果因温度变化漂移较小，因此没必要对每一帧图像都重新计算对应的偏置系数i^en(i,j,t)和放大系数k，只有当靶面温度变化超过tth(比如可以取tth＝3℃，等等)，才根据当前靶面温度计算校正系数。

以下将通过具体实施例对本公开的技术方案进行说明。

请参见图3，图3为红外图像非均匀校正方法的示意图，红外探测器在采集红外图像时，可以通过传感器获取当前的靶面温度，比如为tnew，令靶面温度的预设阈值为tth，那么可以先判断tnew与上一次进行校正时的靶面温度told之差是否大于tth，根据判断结果的不同，校正的情况可以分为以下两种：

如果tnew与told之差不大于tth的话，可以直接使用上一次进行校正时所采用的偏置系数i^en以及放大系数k^en，根据上述的公式(4)，对红外图像进行校正。

如果tnew与told之差大于tth的话，那么说明需要重新确定偏置系数i^en以及放大系数k^en，那么可以先确定当前靶面温度tnew所属于的温度区间en，然后可以确定对应于当前靶面温度tnew所属温度区间的放大系数k^en，并根据公式(1)计算当前靶面温度的偏置系数i^en，即相当于更新软件快门，再基于重新确定的k^en和i^en，通过公式(4)对红外图像进行校正。

当然，在对红外图像进行非均匀校正之后可以令told＝tnew，也就记录这一次进行非均匀校正的靶面温度，以作为下一次进行红外图像校正时，判断是否要重新确定放大系数和偏置系数的基础。

请参见图4，基于同一发明构思，本公开实施例提供一种红外图像的校正装置400，该装置400可以包括：

获取模块401，用于在采集红外图像时，获取红外探测器的当前靶面温度；

确定模块402，用于根据当前靶面温度，确定校正系数；

校正模块403，用于根据校正系数，对红外图像进行非均匀校正。

可选的，装置400还包括：

采集模块，用于在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像；

建立模块，用于根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系；

确定模块402用于：

根据当前靶面温度及对应关系，确定对应于每个像元的偏置系数。

可选的，确定模块402用于：

从n个靶面温度区间中确定当前靶面温度所在的目标靶面温度区间，其中，n为正整数，且n≥2；

根据当前靶面温度，及与目标靶面温度区间匹配的对应关系，确定对应于每个像元的偏置系数。

可选的，采集模块用于：

对n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行在不同靶面温度下采集相同黑体辐射源的本底图像的步骤；

建立模块用于：

对n个靶面温度区间的每个靶面温度区间，分别执行根据同一位置的像元在不同本底图像中的灰度值，分别建立每个像元的灰度值与靶面温度之间的对应关系的步骤，以得到与每个靶面温度区间匹配的对应关系。

可选的，装置400还包括：

获得模块，用于分别对每个靶面温度区间，根据同一靶面温度下采集的不同黑体辐射源的本底图像，得到与每个靶面温度区间匹配的放大系数，其中，放大系数用于校正因黑体辐射源改变引起的灰度值偏差；

校正模块403用于：

根据每个像元的偏置系数、及与目标靶面温度区间匹配的放大系数，对红外图像进行非均匀校正。

可选的，装置400还包括：

检测模块，用于在获取红外探测器的当前靶面温度之后，检测当前靶面温度与已存靶面温度的差值是否大于预设阈值，已存靶面温度为上一次进行非均匀校正时采集的靶面温度；

确定模块402用于：

在差值小于预设阈值时，将已存校正系数确定为校正系数，已存校正系数为上一次进行非均匀校正采用的校正系数。

在本公开所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom(read-onlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以对本公开的技术方案进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想，不应理解为对本公开的限制。本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。