[发明专利]基于FPGA的场景非均匀性校正方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于红外热成像技术领域，特别是一种基于FPGA的场景非均匀性校正方法及其装置。

背景技术

红外热像仪通常使用在野外低照度背景环境下，对目标进行观察以及搜索跟踪。其本身是利用场景中景物和背景之间的辐射温差进行成像，完全不需要主动光源的照射，使得其在战场中具有极高的隐蔽性。同时，随着当代科技的飞速发展，红外探测器本身的制造工艺水平不断攀升，可探测的辐射温差越来越小，探测精度越来越高，大大加强了红外热像仪系统在现代军事化战场上的应用范围。然而，红外探测器本身是一种高离散率和高缺陷率的器件，受其焦平面制作工艺的影响，红外探测器焦平面即使在接收到相同能量的红外热辐射时，其焦平面上的每个像素点的读出值仍然各不相同，直接表现到图像上为频率不同、形状不同的非均匀性图案。通常情况下，非均匀性图案有两种，一种是斑块状的低频非均匀性图案，另一种是条纹状的高频非均匀性。非均匀性的存在，直接影响了使用者对获取到的红外图像的辨识，很大程度上降低人眼对图像中细节的分辨能力，继而大大限制了红外热像仪的应用。

在正常使用红外热像仪之前，通常会通过对热像仪进行两点高低温黑体定标的方式来进行一次非均匀性校正。经过标定的红外热像仪非均匀性残余较少，图像质量大大改观，但如果要实际应用，仅仅这样尚未足够，最重要的原因是对热像仪进行两点标定虽然可以一定程度上实现对非均匀性进行校正，但是这样标定的校正参数仅仅适用于当前用来标定的高低温温度段，一旦场景所处的温度范围不在标定温度段之内时，非均匀性就会再次出现。在实际应用中，一旦系统开始使用，就已经无法再重新用黑体进行标定了。基于这个考虑，近年来，许多科研机构和个人都致力于开发基于场景的非均匀性校正技术，其根本思想是在场景的运动过程中，完成对非均匀性的校正，而不需要高低温黑体数据参与其中，这样就可以让红外热像仪更好的应用于现代化战争中。

目前，比较主流的基于场景非均匀性校正方法有以下几种：1.时域高通滤波法；2.神经网络法；3.恒定统计类方法；4.基于帧间配准方法。这些方法都能够在一定程度上对运动的场景进行非均匀性校正，但是，这些方法也都存在各自的技术缺点：1.时域高通滤波法是通过构建时域高通滤波器来实现对偏置响应系数的校正，相当于只累加均值的统计类方法，虽然运算简单，但是没有对增益响应系数的校正，有目标退化和伪像；2.神经网络法是采用神经网络结构，以邻域均值作为期望，利用最陡下降法对校正系数迭代更新，虽然方法简单，但是存在目标退化和轮廓伪像，而且收敛速度较慢，对空间低频噪声校正能力较差。在场景长时间静止以后，大多数由此而衍生出来的各种追加了限制条件的方法都将失效；3.恒定统计法类方法是建立在统计帧内所有像元的统计均值和偏差一致的基础之上，对于全局的亮度不均衡，低频非均匀性虽然具有较好的校正效果，但是对场景统计需要较长的时间，也有伪像问题，而且伪像的表现形式为先前场景的反像，视觉效果影响很大；4.基于帧间图像信息的2-D配准方法是通过求取相邻两帧图像之间的互相关系数，继而得到相邻两帧之间的相对位移，根据位移判断图像的运动情况并对相邻两帧之间的重叠区域进行参数更新以完成校正的一种方法，虽然收敛速度快，但是需要的工作量过大，在以单FPGA为核心的硬件系统上无法实现，限制了该类方法的应用。

目前，随着开发平台的不断升级，场景非均匀性校正的研究过分的追求效果而忽略了方法的工程可实现性，许多方法虽然具有一定效果，但是无法在工程上的小型化、低功耗系统中实现，不能实现工程化移植。

发明内容

本发明提出一种全新的基于FPGA的场景非均匀性智能化校正技术，其完全可以在工程应用中实现。本发明的建立思想是利用帧间配准方法速度较快的优势，利用一种新的基于全时域的投影向量来快速的完成对相邻帧图像运动位移的确定，从而在场景的运动过程中，快速的完成对非均匀性的校正。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于FPGA的场景非均匀性校正方法，包括以下步骤：

步骤1，将每帧原始图像数据叠加上参数存储SRAM中的校正参数，将校正后的图像数据送往监视器进行显示；

步骤2，将校正后的相邻两帧图像数据依次存入图像存储SRAM的低地址和高地址；

步骤3，确定图像存储SRAM中两帧图像数据各自的行投影向量和列投影向量，对形成的四个投影向量分别进行滤波，并存入与各投影向量对应的内部RAM；

步骤4，根据内部RAM中存储的投影向量，确定两帧图像对应行投影向量之间的行相关矩阵、两帧图像对应列投影向量之间的列相关矩阵，并得到两帧图像的相对位移；