文章目录
- 一、红外图像
- 1. 定义
- 2. 产生机理和特点
- 3. 红外图像优缺点
- 3.1 优点
- 3.2 缺点
- 二、红外图像非均匀性
- 1. 器件自身非均匀性
- 2. 器件工作状态引入的非均匀性
- 3. 与外界输入相关的非均匀性
- 三、红外图像非均匀性校正
- 1. 校正方法
- 1.1 基于定标
- 1.2 基于场景
- 2. 两点校正方法
一、红外图像
总结：红外图像
1. 定义
红外遥感器接收地物反射或自身发射的红外线而形成的图像。
2. 产生机理和特点
自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度，总是在不断地发射着红外辐射。因此，只要收集并探测这些辐射能，就可以形成与物体温度分布相对应的热图像。这种热图像再现了物体各部分的温度和辐射发射率差异，因而能显示出物体的特征，形成可见光的热图像，即红外图像。
生成红外图像的系统就是红外成像系统，也可以称为红外热像仪。
红外成像系统必须具有把红外光变成可见光的功能，其转化分成2步：
- 通过光学系统，由红外探测器把红外热辐射变成电信号，该信号的大小反应出红外辐射的强弱。
- 通过电视显像系统，经过电子学处理，将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在监视器上显示出来，实现从电到光的转换，得到反映目标热像的可见光图像。
3. 红外图像优缺点
与可见光相比，红外图像的优缺点：
3.1 优点
- 红外图像感受和反映的是目标及背景向外辐射能量的差异，或者说它描述的是目标和背景所保持温度的差异，属于被动成像，可以全天候工作。
- 红外辐射透过霆、雾及大气地的能力比可见光强。它可以克服部分视觉上的障碍而探测到目标，具有较大的作用距离和较强的抗干扰能力。
- 红外波段的固有分辨率以及在传输中受大气吸收和散射的作用，使得红外图像缺乏较好的对比度和分辨率，很难反映出目标的纹理信息，同时也使得红外图像的像素之间具有良好的空间相关性，图像的灰度均值保持相对稳定，含有较多、较大的同质区。
3.2 缺点
- 像素分辨率低，多采用插值显示。在红外热像图中，一般H（水平）向和V（垂直）向只有几十到上百个像素。插值显示的方法，增强了图像的美观度，但从某种程度上丧失了部分数据的真实性质。
- 对比度较差，过渡较强，由于物体表面温度差较小。
- 图像边缘模糊，温度区间界限不明显。
- 图像文件格式特殊，不通用。红外热图像的图像格式是由经营红外热像仪的厂家或商家制定的，它通常是为仪器“量身定做”的，文件格式比较特殊。这通常与仪器采用的图像采集、传输、存储、显示及处理软件有密切关系，如果没有专门的图像处理软件就无法看到红外热图像，更谈不上数据分析，这势必影响数据流通和传递。
二、红外图像非均匀性
产生红外图像非均匀性的因素有很多种，从红外图像的信号传递过程看，首先是探测器像元响应率或光谱响应率的非均匀性；其次是读出电路自身及读出电路与探测器的耦合因素等。
产生红外图像非均匀性的原因大致可分为：
1. 器件自身非均匀性
器件自身非均匀性是红外图像非均匀性的主要组成部分。
2. 器件工作状态引入的非均匀性
红外热成像系统的性能中与红外焦平面器件工作状态相关的主要参数有：
🔸焦平面器件工作温度和温度的均匀性；
🔸 红外探测器和其CCD器件的驱动信号；
3. 与外界输入相关的非均匀性
在红外热成像系统中目标和背景入射红外辐射的强度变化范围、红外热像仪光学系统的背景辐射等外界特性均可对焦平面器件的非均匀性产生影响。景物的红外辐射变化主要有辐射总量和辐射光谱两种形式，由于红外探测器光谱响应变化比较复杂，辐射总量的响应均匀性并不能代表其辐射光谱变化后仍具有相同的均匀性。红外光学系统的背景辐射条件的变化将直接影响到红外探测器所处的工作环境、工作参数和工作性能。
三、红外图像非均匀性校正
红外图像中的不规则条纹是红外焦平面阵列非均匀性的体现，非均匀性产生的原因十分复杂，在生产时完全消除其非均匀性是不现实的，只有通过非均匀性校正来提高其性能。红外焦平面成像产品在出厂前一般都会对其进行定标校正，但产品交付后，由于探测器的时间漂移特性和使用环境的变化，图像中的非均匀性会逐渐增强，甚至严重到影响产品的使用。如果重新对产品进行定标校正，需要大量外部条件的支持，有时甚至是不现实的，此时采用基于场景的校正算法，就能完全依靠场景自身的信息，有效去除图像的非均匀性，改善图像质量。
1. 校正方法
1.1 基于定标
基于定标非均匀校正通常需要事先获得校正所需要的定标系数，然后在校正实现过程中读取这些数据作相应的处理，精度高，算法相对简单，但不能自适应跟踪探测元响应特性的漂移。当漂移很大时，需要重新定标来更新校正系数。
- 两点校正算法TPC(两点温度定标法)
- 多点校正算法ETPC
- 多项式拟合算法
1.2 基于场景
基于场景的非均匀校正是利用场景信息的变化即时估计出探测元的增益和偏移量，可自适应地跟踪探测像元输出的漂移，缺点是多数算法是假设探测元响应线性问题提出的，算法相对较复杂，校正精度不高，硬件实现难度较大。
- 神经网络算法
- 时域高通滤波算法
- 恒定统计平均法
2. 两点校正方法
步骤：
- 两温度下采集均匀原始数据
- 根据原始数据计算校正参数
- 将校正参数带入实时原始图进行校正
