一种CMOS探测器的非均匀性校正方法技术

本发明专利技术一种CMOS探测器的非均匀性校正方法，首先将CMOS探测器内部模数转换器ADC的偏置配置为0，使CMOS探测器工作在某低照度环境下，计算出某帧图像的各路输出灰度均值，并得到此16路输出灰度均值的平均值LA，然后调节CMOS探测器内部各路ADC偏置，使每个通道的输出灰度均值都为LA，记下此时的各个通道的ADC偏置参数，再使CMOS探测器工作在某高照度环境下，计算出某帧图像的各路输出灰度均值，结合上述LA计算出各个通道的增益参数，并将各路增益参数和各路ADC偏置参数存储。CMOS探测器实际工作时，将此两组参数读出并进行相应运算可得到最终的校正数据。本发明专利技术克服了计算量大、定标的时间复杂度较大，以及CMOS探测器内部的不均匀带来的影响，使得精度更高，效果更好。

Nonuniformity correction method for CMOS detector

Non uniformity correction method of the invention is a CMOS detector, the detector bias configuration CMOS internal analog-to-digital converter ADC is 0, the CMOS detector in a low illumination environment, calculate the output gray value of one frame image, and get the average value of LA 16 output gray value, and then adjust the CMOS ADC all the internal bias, so that the output gray value of each channel is LA, ADC bias parameters of each channel at this time to make a note of the CMOS detector in a high illumination environment, calculate the output gray value of one frame image, combined with the LA to calculate the gain parameter of each channel, and will each gain parameter and various ADC bias parameter storage. When the CMOS detector is actually working, the two sets of parameters are read out and the corresponding operation is performed, and the final correction data can be obtained. The invention overcomes the influence of the large amount of calculation, the larger time of calibration, and the uneven distribution inside the CMOS detector, which makes the accuracy higher and the effect better.

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS探测器的非均匀性校正方法
本专利技术属于视频图像增强领域，具体涉及一种CMOS探测器的非均匀性校正方法。
技术介绍
科学发展的同时也推动着人们向更精细更微妙世界的探索步伐。在现代工业生产、控制和科学研究中，对各种现场数据进行采集、传输并处理已是必不可少的组成部分。以前受限于普通摄像技术的“冻结”能力不够，在观察研究具有一定速度的变化过程时常出现图像歪斜甚至拖尾等模糊不清的现象，速度越高，这种不足就越明显。在诸如爆炸分析、汽车碰撞分析、化学反应分析、金属焊接状态分析、生物运动分析等持续时间短、随机性强、规律性差的试验场合，传统摄影技术已经完全不能满足需求，必须通过高速摄影来获得有价值的信息。高速摄影系统发展过程中最重要的飞跃之一是引入了CMOS图像传感器作为光器件。CMOS图像传感器在80年代发展的初期受到了当时低制造工艺的限制，商品化的过程很慢，一直无法打入高端市场。随着近年来集成电路设计技术和制造工艺水平的发展，CMOS在分辨率、灵敏度以及噪声等影响画面质量的劣势因素方面得到了很大程度的改进，而其自身固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，这使得CMOS传感器再次成为研究热点。CMOS除了诸如集成度高、驱动简单、成本低等优点之外，其最大特点就是高速性。通常CCD传感器的分辨率与帧频不可兼得，在追求高速拍摄时必然会损失画质，且提高了制造成本、增加了器件功耗。而由于内部结构和读出方式的不同，CMOS传感器并不存在帧频与分辨率的折衷问题，可以在较高分辨率下达到比CCD高出几十倍的输出速度，为高速摄影领域提供了更合适的传感器选择。但是，任何类型的图像传感器，都存在着不同程度的不均匀性问题。在理想情况下，当图像传感器受均与光照时，输出的视频信号幅度应该完全相同，但实际上，由于制作器件的半导体材料不均匀、掩膜误差、缺陷以及工艺条件等客观因素的影响，必然造成器件中光生电荷扩散长度的差异，光子吸收深度的差异以及像元光敏面尺寸大小的差异，读出电路的差异，同时图像CMOS探测器本身也具有非线性特性。CMOS图像传感器同其他光电转换器件一样，存在着图像的非均匀性问题。CMOS响应的不均匀性对图像的成像质量有着很大的影响，特别是高精度的测量系统中显得更加明显。目前关于图像的非均匀性校正国内外已有大量的报道，尤其是对红外图像存在的不均匀性校正问题早就有文献记载，方法也比较多，总结起来提出的算法也比较多，应用于实际系统中且常用的非均匀性校正方法包括：一点定标法，两点定标法，多点定标法。一点定标法实质上只是对器件的暗电流作了补偿，并没有对增益作校正，仅能在某一光辐照度下把各个像元的输出信号校正为一致。两点定标法是在光敏单元的输出与辐照度成线性关系的前提下建立的，它以某一直线为标准，通过选择合适的斜率和偏置校正系数，将所有光敏单元的转换特性均校正为与标准直线重合（即相同的线性函数），从而使所有的光敏单元在相同的辐照度下，有相同的输出。多点定标法是将图像传感器的光响应区间分为若干个子区间，在每个子区间采用两点定标的线性校正算法。进行分段线性校正要考虑子区间个数以及区间怎么划分的问题。划分的子区间越多，则分段线性校正的结果越好，但是实时存储参数越多、计算复杂度越大、耗费的时间越多，所以对于硬件实现的实时非均匀性校正一般无法选取太多的分段区间。黄楠，提出了一种高帧频CMOS图像的非均匀性校正系统（《计算机工程与应用》，2012,04期：170-172），采用了两点定标和一点定标法相结合，先求得两点定标法的增益校正因子和偏置校正因子，再求一点定标法的偏置校正因子，求得的一点定标法的偏置参数时的图像数据来自前面求得的两点校正之后的数据，也就是最后的校正结果是两点校正后的再校正。此方法虽然一定程度上克服了空间噪声问题和线性度差的问题，但计算量较大，定标的时间复杂度较大，计算复杂度也较大，而且校正的数据都是探测器输出的数据，并没有对探测器内部进行校正处理，效果一般。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CMOS探测器的非均匀性校正方法，克服了计算量大、定标的时间复杂度较大，以及CMOS探测器内部的不均匀带来的影响。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种CMOS探测器的非均匀性校正方法，包括以下步骤：步骤1）对16通道输出的CMOS探测器进行标定：步骤1-1）对于16通道输出的CMOS探测器，将CMOS探测器内部每个通道的模数转换器ADC的偏置都配置为0。步骤1-2）使CMOS探测器工作在任意一个低照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧的各通道的输出灰度均值L0、L1、L2...L14、L15，并确定上述通道输出灰度均值的平均值LA。步骤1-3）改变CMOS探测器的每个通道的ADC的偏置，使每个通道的输出灰度均值都为LA，记下此时的各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15。步骤1-4）使CMOS探测器工作在任意一个高照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧各通道的输出灰度均值H0、H1、H2...H14、H15，结合低照度环境16通道输出灰度均值的平均值LA，确定每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15。步骤1-5）将每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15乘以2048，得到每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15。步骤1-6）将每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15和各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15存储。步骤2）CMOS探测器采集图像数据，将上述标定的偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15直接配置到CMOS探测器的每个通道的ADC。步骤3）将上述标定的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15先乘以此时每个通道的输出值，再除以2048，获得最终校正值。上述步骤1-4）中，每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15计算方法为：高照度下每个通道的输出灰度均值H0、H1、H2...H14、H15与低照度环境16通道输出灰度均值的平均值LA相减，得到均值差HL0、HL1、HL2...HL14、HL15，即HL0=H0-LAHL1=H1-LAHL2=H2-LAHL14=H14-LAHL15=H15-LA找出上述16个值中的最大值HLmax，然后再除以每个通道的均值差得到对应每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15，即K0=HLmax/HL0K1=HLmax/HL1K2=HLmax/HL2K14=HLmax/HL14K15=HLmax/HL15步骤1-2）中的低照度环境是指CMOS探测器的每帧图像像素的输出均值在200以下的环境。步骤1-4）中的高照度环境是指CMOS探测器的每帧图像像素的输出均值在3000以上的环境。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：（1）采用了一点定标法的偏置和两点定标法的增益对CMOS探测器进行校正，计算量较小；（2）采用先标定后存储，节约了硬件资源，降低了系统功耗；（3）与传统的两点定标法的数据先乘以增益再加偏置相比，此方法只需将CMOS探测器输出数据乘以增益，而偏置则是直接配置进ADC，精度更高，校正效果也更好。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS探测器的非均匀性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）对16通道输出的CMOS探测器进行标定：步骤1‑1）对于16通道输出的CMOS探测器，将CMOS探测器内部每个通道的模数转换器ADC的偏置都配置为0；步骤1‑2）使CMOS探测器工作在任意一个低照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧的各通道的输出灰度均值L0、L1、L2...L14、L15，并确定上述通道输出灰度均值的平均值LA；步骤1‑3）改变CMOS探测器的每个通道的ADC的偏置，使每个通道的输出灰度均值都为LA，记下此时的各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15；步骤1‑4）使CMOS探测器工作在任意一个高照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧各通道的输出灰度均值H0、H1、H2...H14、H15，结合低照度环境16通道输出灰度均值的平均值LA，确定每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15；步骤1‑5）将每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15乘以2048，得到每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15；步骤1‑6）将每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15和各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15存储；步骤2）CMOS探测器采集图像数据，将上述标定的偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15直接配置到CMOS探测器的每个通道的ADC；步骤3）将上述标定的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15先乘以此时每个通道的输出值，再除以2048，获得最终校正值。...

【技术特征摘要】
1.一种CMOS探测器的非均匀性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1）对16通道输出的CMOS探测器进行标定：步骤1-1）对于16通道输出的CMOS探测器，将CMOS探测器内部每个通道的模数转换器ADC的偏置都配置为0；步骤1-2）使CMOS探测器工作在任意一个低照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧的各通道的输出灰度均值L0、L1、L2...L14、L15，并确定上述通道输出灰度均值的平均值LA；步骤1-3）改变CMOS探测器的每个通道的ADC的偏置，使每个通道的输出灰度均值都为LA，记下此时的各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15；步骤1-4）使CMOS探测器工作在任意一个高照度环境，待CMOS探测器工作稳定后，确定任意一帧各通道的输出灰度均值H0、H1、H2...H14、H15，结合低照度环境16通道输出灰度均值的平均值LA，确定每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15；步骤1-5）将每个通道的增益参数K0、K1、K2...K14、K15乘以2048，得到每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15；步骤1-6）将每个通道的放大增益参数G0、G1、G2...G14、G15和各个通道的ADC偏置参数OS0、OS1、OS2...OS14、OS15存储；步骤2）CMOS探测器采集图像数据，将上述标定的偏置参数OS0、OS1、...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋修宝，陶远荣，陈钱，顾国华，高航，吴健，匡小冬，潘科辰，沈雪薇，刘源，赵耀，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32