[发明专利]一种基于场景适应的非均匀校正方法及其硬件实现装置

权利要求书

1.一种基于场景适应的非均匀校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，采用红外探测器采集原始红外图像，得到所述原始红外图像的像元数据X_n(i，j)，并统计所述原始红外图像的帧数num；

步骤S2，采用黑体温度定标法初始化所述原始红外图像的校正参数，得到初始增益校正系数G(i，j)和初始偏置校正系数O(i，j)；

步骤S3，进入初始校正模式，而后确定当前校正模式，并将所述像元数据X_n(i，j)、所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)输出给非均匀校正模块，对所述红外图像逐帧进行非均匀校正，进而判断是否对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)进行更新，当判断为不进行更新时，则得到校正后的像元数据Y_n(i，j)，当判断为进行更新时，则得到更新后的G_n+1(i，j)和O_n+1(i，j)以及像元数据Y_n(i，j)，得到所述像元数据Y_n(i，j)即得到校正后的红外图像；

步骤S4，将校正后的所述红外图像以及更新后的G_n+1(i，j)和O_n+1(i，j)输入至输出缓存模块进行缓存，而后输入至外部数据存储模块进行存储，

其中，n为每行像素的个数，所述步骤S3包括如下子步骤：

步骤S3-1，当处在模式2时，判断所述原始红外图像的帧数num是否大于k2，当不大于k2时，则直接采用公式(1)对所述原始红外图像进行非均匀校正，得到校正后的所述像元数据Y_n(i，j)，从而得到校正后的红外图像，当大于k2时，将帧数num清0，进入模式1，当处于模式1时，判断所述原始红外图像的帧数num是否大于k1，当大于k1时，则进入步骤S3-2，当不大于k1时，则跳转进入步骤S3-3；

步骤S3-2，判断变化矢量ΔG(i，j)和变化矢量ΔO(i，j)是否大于阈值Th1，当大于阈值Th1，则表示k1帧图像的校正参数产生了漂移，需进行修正，并且统计整张图像内大于阈值Th1的像素点的个数n1，当n1大于阈值Th2，表明整张图像的漂移点较多，则需对后续的k1帧图像继续更新校正参数并统计参数更新的变化矢量ΔG(i，j)和变化矢量ΔO(i，j)，即将帧数num清0，重新进入模式1，运行步骤S3-1，否则对k2帧图像只进行非均匀校正，不对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)进行更新，即将帧数num清0，进入模式2；

步骤S3-3，对输入的第一帧图像采用公式(1)进行非均匀校正，得到校正后的第一帧图像的像元数据，即得到校正后的第一帧图像；

步骤S3-4，采用滤波算法对所述原始红外图像进行滤波，得到每个像素点的预期值f_n(i，j)；

步骤S3-5，采用偏移量累积计算模块计算当前帧图像与前一帧图像的偏移量ΔX，并将其输入至所述输出缓存模块进行缓存；

步骤S3-6，采用参数更新模块对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)进行参数更新，得到更新后的增益校正系数G_n+1(i，j)和更新后的偏置校正系数O_n+1(i，j)，并将两者输入至所述输出缓存模块进行缓存，而后累计每个所述像素点的参数更新的变化矢量ΔG(i，j)和变化矢量ΔO(i，j)，

其中，所述步骤S3-2中的k2的计算公式为：

式(2)中，λ为比例系数，k1越大，参数更新越频繁，适用于环境变化较大的场景，k1越小，计算量消耗越小，适用于环境变化较小的场景，k2由公式(2)计算得到，

所述步骤S3-5中所述偏移量ΔX的计算采用作差法或积分投影配准法，且计算公式为：

式(3)中，S_x为相邻帧按行计算的偏移量，S_y为相邻帧按列计算的偏移量，fⁿ(m0)为上一帧图像的行累积值，f^m(n0)为上一帧图像的列累积值，M为图像的行数，N为图像的列数，m和n均为求和的变量，

所述步骤S3-6中采用最陡梯度下降法对参数进行更新，具体包括如下子步骤：

步骤S3-6-1，对所述校正输出结果Y_n(i，j)与所述预期值f_n(i，j)进行求差，得到误差函数F，其计算公式如下：

F＝[e_n(i，j)]²＝[Y_n(i，j)-f_n(i，j)]²＝[X_n(i，j)*G(i，j)+O(i，j)]-f_n(i，j)]²    (4)；

步骤S3-6-2，判断校正误差e_n(i，j)是否大于给定阈值e_th，当不大于给定阈值e_th时，则无需对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)进行更新，当大于给定阈值e_th时，则对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)进行更新，得到更新后的增益校正系数G_n+1(i，j)和更新后的偏置校正系数O_n+1(i，j)；

步骤S3-6-3，累计每个所述像素点的增益校正系数和偏置校正系数更新的所述变化矢量ΔG(i，j)和ΔO(i，j)，计算公式为：

式(4)-式(6)中，u_ij为步长因子，e_n(i，j)为校正误差，μ_max为用于控制步长因子的值，

所述步骤S3-6-2中，通过对所述初始增益校正系数G(i，j)和所述初始偏置校正系数O(i，j)求偏导，而后采用最陡下降法进行计算，从而得到校正更新公式，

求偏导的公式为：

所述校正更新公式为：

G_n+1(i，j)＝G_n(i，j)-2u_ijX_n(i，j)e_n(i，j)    (9)

O_n+1(i，j)＝O_n(i，j)-2u_ije_n(i，j)      (10)

式(7)-式(10)中，e_n(i，j)为校正误差，u_ij为步长因子。