一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块及方法技术

本发明专利技术公开了一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块及方法，首先利用探测器采集低温黑体图像和高温黑体图像，经两点校正红外热像仪的非均匀性的模块接收后进行加权平均运算，运算结果存入串行FLASH，完成定标；校正时先从串行FLASH中读出定标图像存入外部存储器，待有效数据到来后实时计算校正参数，同时标志出坏元位置，完成校正和坏元替代。本发明专利技术在定标时引入多帧加权平均的方法，提高了定标的准确性；引入外部存储器仲裁控制，把定标、校正和FLASH操作综合在一起，算法高度模块化，提高了可移植性；在校正的同时定位坏元，完成了坏元替代。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于红外热成像系统的非均匀性校正领域，特别是一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块及方法。
技术介绍
在过去的几十年中，红外探测器件的元数不断增加，由单元发展到线列，由线列发展到焦平面阵列(FPA)。红外焦平面阵列探测器的出现，是红外成像史上一个划时代的革命,它大幅提高了红外成像系统的灵敏度和可靠性。作为现代红外系统和热成像系统的关键部件，凝视型红外焦平面阵列(IRFPA)器件成本低廉，体积小，无需制冷,目前已在军事(红外跟踪、预警、制导)、医疗、安全等方面得到广泛应用,用它构成的红外成像系统较传统的光机扫描红外成像系统具有结构简单、工作稳定、灵敏度高、噪声等效温差(NETD)小等优点。然而，受红外探测器材料和工艺方面的影响，红外焦平面阵列的非均匀性问题成为长期以来制约其应用的根本问题。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像元的红外响应度不一致导致其视频输出幅度不同，造成像质降低，又称空间噪声；更进一步意义上的非均匀性还包括由焦平面阵列所处环境的温度变化、电荷传输效率、1/f噪声(电流噪声)、无效探测元(坏元)以及红外光学系统等诸多因素所造成的成像质量的下降。这种固定的图像噪声，使红外成像系统的温度分辨率下降，图像质量受到严重影响。因此，必须对红外焦平面阵列进行非均匀性校正。目前普遍采用后期算法处理来补偿空间非均匀性。总起来说，可以将这些技术分为二大类，即基于定标和基于场景的非均匀性校正技术。最初开发使用的是基于定标的非均匀性校正技术，其中较为成熟的方法是基于探测元的单点、两点及多点定标算法，它们以普朗克辐射定律和红外探测元的线性响应模型为基础，现阶段广泛应用于成像系统之中。近年来，各种基于场景的非均匀性校正技术也不断涌现，以弥补温漂现象，避开定标过程；但在面临极端场景，如场景静止、镜头旋转或反差极大的场景反复切换时，校正效果会大幅退化，甚至无法观察；另外，受限于现有的系统结构和硬件水平，只能用于软件仿真或后续处理，还无法做到实时，实际应用尚不成熟。比较而言，基于定标的非均匀性校正更为精确，对于场景和目标没有特殊要求，硬件易于实现和集成，是红外焦平面阵列系统公认的评估手段。为获得更高的帧频和更好的图像质量，红外热像仪的探测器和外部存储器设备不断更新换代，每次系统架构升级都必须重新编写两点校正的处理程序，进行了大量重复性工作，延长了开发周期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块及方法，结合FPGA+外部存储器的系统构架，使热像仪在实际使用过程中满足在线定标和实时校正的要求。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块，包括数据格式调整模块、串口指令解析模块、定标控制模块、加权平均运算模块、外部存储器仲裁控制模块、第一FIFO缓冲区、第二FIFO缓冲区、求均值模块、并转串及FLASH控制器、、内部寄存器、两点参数计算模块、两点校正模块和坏元替代模块。加权平均运算模块分别与串口指令解析模块、定标控制模块和外部存储器仲裁控制模块连接，外部存储器仲裁控制模块分别与串口指令解析模块、定标控制模块、第二FIFO缓冲区、求均值模块和两点参数计算模块连接，定标控制模块分别与数据格式调整模块和串口指令解析模块连接，两点校正模块分别与串口指令解析模块、第一FIFO缓冲区、两点参数计算模块和坏元替代模块连接，并转串及FLASH控制器与第二FIFO缓冲区连接，数据格式调整模块与第一FIFO缓冲区连接，两点参数计算模块与坏元替代模块连接，外部存储器仲裁控制模块再外接外部存储器，外部存储器仲裁控制模块、求均值模块、并转串及FLASH控制器和内部寄存器分别外接串行FLASH。数据格式调整模块把红外热像仪的探测器采集的原始数据转化为标准格式数据，即当前帧A，并送到定标控制模块和第一FIFO缓冲区；把红外热像仪的探测器对准低温黑体，串口指令解析模块对上位机的定标命令进行解析，并把得到的累加帧数p和存低温使能送入定标控制模块，权值参数q送入加权平均运算模块；定标控制模块控制当前帧A送到加权平均运算模块进行加权平均运算，发送读写指令给外部存储器仲裁控制模块，在外部存储器中读出存储帧B并写入均值帧C，循环迭代p次后，最终的均值帧C低温定标图像L。外部存储器仲裁控制模块接收各读写指令，对它们在时间上进行安排，发送读写请求、地址和数据给外部存储器，控制外部存储器依次循环响应各读写指令；再把红外热像仪的探测器对准高温黑体，重复上述过程，得到高温定标图像H；串口指令解析模块发送写FLASH使能信号给外部存储器仲裁控制模块，从外部存储器中同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，分别送入求均值模块和第二FIFO缓冲区；求均值模块分别求出低温定标图像L的均值和高温定标图像H的均值并把它们存入串行FLASH的用户区域；第二FIFO缓冲区用来实现速率匹配，缓冲后的数据送入并转串及FLASH控制器；并转串及FLASH控制器完成对串行FLASH的配置，把低温定标图像L和高温定标图像H转化为串行数据，依次顺序写入串行FLASH用户区域，至此定标操作完成。系统重新上电后，自动从串行FLASH中依次读出低温定标图像L和高温定标图像H并送至外部存储器仲裁控制模块，由其写入外部存储器指定位置；串行FLASH自动读出低温定标图像的均值和高温定标图像的均值存入内部寄存器中；当一帧标准数据到达第一FIFO缓冲区时，就通过外部存储器仲裁控制模块同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，从内部寄存器中读出低温定标图像的均值和高温定标图像的均值一起送到两点参数计算模块，通过两点参数计算模块计算得到增益校正系数K和偏置校正系数B，并将增益校正系数K和偏置校正系数B送入两点校正模块进行校正，得到校正后的图像Y，若增益校正系数K和偏置校正系数B的值超过设定的阈值，就把坏元标志位置为1，否则置为0，坏元标志位送入坏元替代模块；将校正后的图像Y再送入坏元替代模块，坏元替代模块检测坏元标志位，一旦发现为1，就把该处对应的像素值用缓存的前面一个的像素值替换，至此校正处理完成，将得到的最终图像输出。第一FIFO缓冲区起到数据同步的作用，把标准数据、增益校正系数K和偏置校正系数B对齐，一起送入两点校正模块。上述加权平均运算模块的加权平均运算公式为：C=q1024×A+(1-q1024)×B]]>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块，其特征在于：包括数据格式调整模块、串口指令解析模块、定标控制模块、加权平均运算模块、外部存储器仲裁控制模块、第一FIFO缓冲区、第二FIFO缓冲区、求均值模块、并转串及FLASH控制器、内部寄存器、两点参数计算模块、两点校正模块和坏元替代模块；加权平均运算模块分别与串口指令解析模块、定标控制模块和外部存储器仲裁控制模块连接，外部存储器仲裁控制模块分别与串口指令解析模块、定标控制模块、第二FIFO缓冲区、求均值模块和两点参数计算模块连接，定标控制模块分别与数据格式调整模块和串口指令解析模块连接，两点校正模块分别与串口指令解析模块、第一FIFO缓冲区、两点参数计算模块和坏元替代模块连接，并转串及FLASH控制器与第二FIFO缓冲区连接，数据格式调整模块与第一FIFO缓冲区连接，两点参数计算模块与坏元替代模块连接，外部存储器仲裁控制模块再外接外部存储器，外部存储器仲裁控制模块、求均值模块、并转串及FLASH控制器和内部寄存器分别外接串行FLASH；数据格式调整模块把红外热像仪的探测器采集的原始数据转化为标准格式数据，即当前帧A，并送到定标控制模块和第一FIFO缓冲区；把红外热像仪的探测器对准低温黑体，串口指令解析模块对上位机的定标命令进行解析，并把得到的累加帧数p和存低温使能送入定标控制模块，权值参数q送入加权平均运算模块；定标控制模块控制当前帧A送到加权平均运算模块进行加权平均运算，发送读写指令给外部存储器仲裁控制模块，在外部存储器中读出存储帧B并写入均值帧C，循环迭代p次后，最终的均值帧C低温定标图像L；外部存储器仲裁控制模块接收各读写指令，对它们在时间上进行安排，发送读写请求、地址和数据给外部存储器，控制外部存储器依次循环响应各读写指令；再把红外热像仪的探测器对准高温黑体，重复上述过程，得到高温定标图像H；串口指令解析模块发送写FLASH使能信号给外部存储器仲裁控制模块，从外部存储器中同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，分别送入求均值模块和第二FIFO缓冲区；求均值模块分别求出低温定标图像L的均值和高温定标图像H的均值并把它们存入串行FLASH的用户区域；第二FIFO缓冲区用来实现速率匹配，缓冲后的数据送入并转串及FLASH控制器；并转串及FLASH控制器完成对串行FLASH的配置，把低温定标图像L和高温定标图像H转化为串行数据，依次顺序写入串行FLASH用户区域，至此定标操作完成；系统重新上电后，自动从串行FLASH中依次读出低温定标图像L和高温定标图像H并送至外部存储器仲裁控制模块，由其写入外部存储器指定位置；串行FLASH自动读出低温定标图像的均值和高温定标图像的均值存入内部寄存器中；当一帧标准数据到达第一FIFO缓冲区时，就通过外部存储器仲裁控制模块同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，从内部寄存器中读出低温定标图像的均值和高温定标图像的均值一起送到两点参数计算模块，通过两点参数计算模块计算得到增益校正系数K和偏置校正系数B，并将增益校正系数K和偏置校正系数B送入两点校正模块进行校正，得到校正后的图像Y，若增益校正系数K和偏置校正系数B的值超过设定的阈值，就把坏元标志位置为1，否则置为0，坏元标志位送入坏元替代模块；将校正后的图像Y再送入坏元替代模块，坏元替代模块检测坏元标志位，一旦发现为1，就把该处对应的像素值用缓存的前面一个的像素值替换，至此校正处理完成，将得到的最终图像输出；第一FIFO缓冲区起到数据同步的作用，把标准数据、增益校正系数K和偏置校正系数B对齐，一起送入两点校正模块。...

【技术特征摘要】
1.一种两点校正红外热像仪的非均匀性的模块，其特征在于：包括数据格
式调整模块、串口指令解析模块、定标控制模块、加权平均运算模块、外部存储
器仲裁控制模块、第一FIFO缓冲区、第二FIFO缓冲区、求均值模块、并转串
及FLASH控制器、内部寄存器、两点参数计算模块、两点校正模块和坏元替代
模块；
加权平均运算模块分别与串口指令解析模块、定标控制模块和外部存储器仲
裁控制模块连接，外部存储器仲裁控制模块分别与串口指令解析模块、定标控制
模块、第二FIFO缓冲区、求均值模块和两点参数计算模块连接，定标控制模块
分别与数据格式调整模块和串口指令解析模块连接，两点校正模块分别与串口指
令解析模块、第一FIFO缓冲区、两点参数计算模块和坏元替代模块连接，并转
串及FLASH控制器与第二FIFO缓冲区连接，数据格式调整模块与第一FIFO缓
冲区连接，两点参数计算模块与坏元替代模块连接，外部存储器仲裁控制模块再
外接外部存储器，外部存储器仲裁控制模块、求均值模块、并转串及FLASH控
制器和内部寄存器分别外接串行FLASH；
数据格式调整模块把红外热像仪的探测器采集的原始数据转化为标准格式
数据，即当前帧A，并送到定标控制模块和第一FIFO缓冲区；把红外热像仪的
探测器对准低温黑体，串口指令解析模块对上位机的定标命令进行解析，并把得
到的累加帧数p和存低温使能送入定标控制模块，权值参数q送入加权平均运算
模块；定标控制模块控制当前帧A送到加权平均运算模块进行加权平均运算，
发送读写指令给外部存储器仲裁控制模块，在外部存储器中读出存储帧B并写
入均值帧C，循环迭代p次后，最终的均值帧C低温定标图像L；
外部存储器仲裁控制模块接收各读写指令，对它们在时间上进行安排，发送
读写请求、地址和数据给外部存储器，控制外部存储器依次循环响应各读写指令；
再把红外热像仪的探测器对准高温黑体，重复上述过程，得到高温定标图像H；
串口指令解析模块发送写FLASH使能信号给外部存储器仲裁控制模块，从外部
存储器中同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，分别送入求均值模块和第
二FIFO缓冲区；求均值模块分别求出低温定标图像L的均值和高温定标图像
H的均值并把它们存入串行FLASH的用户区域；第二FIFO缓冲区用来实现

\t速率匹配，缓冲后的数据送入并转串及FLASH控制器；并转串及FLASH控制
器完成对串行FLASH的配置，把低温定标图像L和高温定标图像H转化为串行
数据，依次顺序写入串行FLASH用户区域，至此定标操作完成；
系统重新上电后，自动从串行FLASH中依次读出低温定标图像L和高温定
标图像H并送至外部存储器仲裁控制模块，由其写入外部存储器指定位置；串
行FLASH自动读出低温定标图像的均值和高温定标图像的均值存入内部寄
存器中；当一帧标准数据到达第一FIFO缓冲区时，就通过外部存储器仲裁控制
模块同时读出低温定标图像L和高温定标图像H，从内部寄存器中读出低温定标
图像的均值和高温定标图像的均值一起送到两点参数计算模块，通过两点参
数计算模块计算得到增益校正系数K和偏置校正系数B，并将增益校正系数K
和偏置校正系数B送入两点校正模块进行校正，得到校正后的图像Y，若增益
校正系数K和偏置校正系数B的值超过设定的阈值，就把坏元标志位置为1，
否则置为0，坏元标志位送入坏元替代模块；将校正后的图像Y再送入坏元替代
模块，坏元替代模块检测坏元标志位，一旦发现为1，就把该处对应的像素值用
缓存的前面一个的像素值替换，至此校正处理完成，将得到的最终图像输出；
第一FIFO缓冲区起到数据同步的作用，把标准数据、增益校正系数K和偏
置校正系数B对齐，一起送入两点校正模块。
2.根据权利要求1所述的两点校正红外热像仪的非均匀性的模块，其特征
在于：
上述加权平均运算模块的加权平均运算公式为：
C=q1024×A+(1-q1024)×B]]>其中C为均值帧，即单次取平均得到的一帧图像；
两点参数计算模块的两点参数计算公式为：
K=H‾-L‾H-LB=H&Cente...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钱，高航，颜奇欢，钱毅涛，顾国华，隋修宝，于雪莲，钱惟贤，何伟基，孙镱诚，潘科辰，刘源，陶远荣，匡小冬，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32