本发明公开了一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，获得在多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵，计算在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声以及固定图案噪声，计算在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布，用多个固定图案噪声样式分布修正所述温度查找表并重新写入所述红外热像仪，以抑制所述红外热像仪的固定图案噪声；本发明方法利用现有生产设备和流程，通过采集和计算温度矩阵数据，分离时间域噪声和固定图案噪声，修改温度查找表中相应偏置参数来抑制固定图案噪声，增强红外图像显示效果。同时该方法简便有效，计算量小，可应用于产品生产流程，提升产品品质。
1.一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)调整和/或写入红外热像仪的配置参数，上传该组配置参数下的温度查找表，以使所述红外热像仪可以准确测量物体温度；
(2)待红外热像仪达到热平衡后，改变所述红外热像仪视场内黑体的温度，通过所述红外热像仪获得在多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵；
(3)根据所述多个不同黑体温度下的全画面数值矩阵计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声，以及所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声；具体为：(3.1)计算所述红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中各个像素的时间域噪声，计算公式如下：其中k,h表示第k行、第h列的像素；σ(Ej)k,h表示各个像素的时间域噪声；N表示连续N帧数值矩阵，n表示连续N帧数值矩阵的序列号；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；Tj表示不同的黑体温度，j表示不同黑体温度的序列号，Ej表示在黑体温度Tj下测得的数值矩阵；
(3.2)对各个像素的时间域噪声取均值计算平均时间域噪声，计算公式如下：K为数值矩阵的行数，H为数值矩阵的列数；
(3.3)遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的平均时间域噪声σ(Ej)；
(4)根据所述多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声；具体为：(4.1)计算红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中的固定图案噪声大小，计算公式如下：其中k,h表示第k行、第h列的像素；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；μ(Ej)表示矩阵μ(Ej)k,h中各个像素的平均值；σFPN(Ej)表示当前黑体温度下的固定图案噪声大小，n表示连续N帧数值矩阵的序列号；σ(Ej)表示当前黑体温度下的平均时间域噪声；
(4.2)遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的固定图案噪声值σFPN(Ej)；
(5)根据所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布；具体为：(5.1)计算固定图案噪声样式分布值，计算公式如下：
其中k,h表示第k行、第h列的像素；O(Ej)k,h表示当前像素固定图案噪声；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；n表示连续N帧数值矩阵的序列号；
(5.2)遍历不同黑体温度Tj下的数值矩阵Ej，得到多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布O(Ej)k,h；(6)用所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布修正所述温度查找表并重新写入所述红外热像仪，以抑制所述红外热像仪的固定图案噪声；具体为：(6.1)利用多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布O(Ej)k,h修正不同黑体温度下的电压偏移矩阵Offset(Tj)k,h，减小固定图案噪声：Offset′(Tj)k,h＝Offset(Tj)k,h-O(Ej)k,h(6.2)将修正的电压偏移矩阵Offset′(Tj)k,h作为新的电压偏移矩阵写入标定结果，记为新的温度查找表，并写入所述红外热像仪；
(7)根据修正后的温度查找表，重复步骤(2)-(6)，重新计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声和残留固定图案噪声，并比较所述固定图案噪声和残留固定图案噪声大小，以衡量抑制效果；具体为：(7.1)根据修正后的温度查找表重复步骤(2)，取得新的红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej′；
(7.2)依据步骤(3)-(6)中的计算方法，重新计算数值矩阵Ej′的平均时间域噪声σ(Ej′)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)，计算方法如下：(7.3)比较固定图案噪声σFPN(Ej)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)大小，衡量抑制方法的效果。
2.如权利要求1所述的红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：(2.1)待红外热像仪达到热平衡后，将温度可控的黑体放置于红外热像仪成像清晰处，并使黑体充满红外热像仪整个像面；
(2.2)使黑体温度稳定在T0，待黑体稳定后，记录黑体温度T0和红外热像仪在此时输出的全画面数值矩阵，连续获取N帧数值矩阵E0；
(2.3)改变黑体温度至Tj，重复步骤(2.2)，得到多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵Ej。
3.如权利要求1所述的红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：(1.1)根据标定生产记录，将配置参数写入所述红外热像仪，保证红外热像仪参数与生产过程中的配置一致；
(1.2)根据标定生产记录，上传该配置参数下的温度查找表，以使红外热像仪可以准确测量物体温度，达到交付标准。
4.如权利要求1所述的红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，其特征在于，所述黑体温度的选取基于所述红外热像仪的测温范围，多个不同黑体温度均匀分布在所述红外热像仪测温范围内。
5.如权利要求1所述的红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，其特征在于，所述不同黑体温度选取8个，所述数值矩阵的帧数取值100。
一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法
技术领域
[0001] 本发明属于图像处理技术领域，更具体地，涉及一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法。
背景技术
[0002] 红外热像仪通过非接触的光学方式接受视场内物体的红外波段辐射能量，并通过算法将辐射分量分布以图像形式表现出来。红外图像中每个像素点可被看做单个辐射能量的检测计，由于辐射能量微弱，检测计的灵敏度非常高，而整个像面由数十万个检测计构成，因此制造工艺过程中各个像素不可避免地产生响应上的差异，通常称之为红外热像仪的空间非均匀性。
[0003] 红外热像仪标定的目的之一就是为了校正红外热像仪的空间非均均性，标定使得被校正后的各个像素的响应趋于一致，可消除绝大部分空间非均匀性，而无法消除部分被称为固定图案噪声(Fixed-Pattern Noise，FPN)。在一般场景中，由于目标温度与背景温度温差较大，红外热像仪所采集的图像信噪比高，图像梯度明显，固定图案噪声不会产生视觉上的干扰。当目标与背景温度相差小时，红外图像信噪比低，固定图案噪声会在图像上叠加纱状噪声，从而干扰目标的判断与识别。固定图案噪声的问题限制着红外热像仪的应用范围，亟待解决。
发明内容
[0004] 针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本发明提出了一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，有效提高了红外热像仪图像质量、拓宽了产品应用范围。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，包括：
[0006] (1)调整和/或写入红外热像仪的配置参数，上传该组配置参数下的温度查找表，以使所述红外热像仪可以准确测量物体温度；
[0007] (2)待红外热像仪达到热平衡后，改变所述红外热像仪视场内黑体的温度，通过所述红外热像仪获得在多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵；
[0008] (3)根据所述多个不同黑体温度下的全画面数值矩阵计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声，以及所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声；
[0009] (4)根据所述多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声；
[0010] (5)根据所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布；
[0011] (6)用所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布修正所述温度查找表并重新写入所述红外热像仪，以抑制所述红外热像仪的固定图案噪声；
[0012] (7)根据修正后的温度查找表，重复步骤(2)-(6)，重新计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声和残留固定图案噪声，并比较所述固定图案噪声和残留固定图案噪声大小，以衡量抑制效果。
[0013] 本发明的一个实施例中，所述步骤(3)具体为：
[0014] (3.1)计算所述红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中各个像素的时间域噪声，计算公式如下：
[0015]
[0016] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；σ(Ej)k,h表示各个像素的时间域噪声；N表示连续N帧数值矩阵，n表示连续N帧数值矩阵的序列号；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；Tj表示不同的黑体温度，j表示不同黑体温度的序列号，Ej表示在黑体温度Tj下测得的数值矩阵；
[0017] (3.2)对各个像素的时间域噪声取均值计算平均时间域噪声，计算公式如下：
[0018]
[0019] K为数值矩阵的行数，H为数值矩阵的列数；
[0020] (3.3)遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的平均时间域噪声值σ(Ej)。
[0021] 本发明的一个实施例中，所述步骤(4)具体为：
[0022] (4.1)计算红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中的固定图案噪声大小，计算公式如下：
[0023]
[0024]
[0025] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；μ(Ej)表示矩阵μ(Ej)k,h中各个像素的平均值；σFPN(Ej)表示当前黑体温度下的固定图案噪声大小；n表示连续N帧数值矩阵的序列号；σ(Ej)表示当前黑体温度下的平均时间域噪声。
[0026] (4.2)遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的固定图案噪声值σFPN(Ej)。
[0027] 本发明的一个实施例中，所述步骤(5)具体为：
[0028] (5.1)计算固定图案噪声样式分布值，计算公式如下：
[0029]
[0030] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；O(Ej)k,h表示当前像素固定图案噪声；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；n表示连续N帧数值矩阵的序列号；
[0031] (5.2)遍历不同黑体温度Tj下的数值矩阵Ej，得到多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布O(Ej)k,h。
[0032] 本发明的一个实施例中，所述步骤(6)具体为：
[0033] (6.1)利用多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布O(Ej)k,h修正不同黑体温度下的电压偏移矩阵Offset(Tj)k,h，减小固定图案噪声：
[0034] Offset′(Tj)k,h＝Offset(Tj)k,h-O(Ej)k,h
[0035] (6.2)将修正的电压偏移矩阵Offset′(Tj)k,h作为新的电压偏移矩阵写入标定结果，记为新的温度查找表，并写入所述红外热像仪。
[0036] 本发明的一个实施例中，所述步骤(7)具体为：
[0037] (7.1)根据修正后的温度查找表重复步骤(2)，取得新的红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej′；
[0038] (7.2)依据步骤(3)-(6)中的计算方法，重新计算数值矩阵Ej′的平均时间域噪声σ(Ej′)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)，计算方法如下：
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] (7.3)比较固定图案噪声σFPN(Ej)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)大小，衡量抑制方法的效果。
[0044] 本发明的一个实施例中，所述步骤(2)具体为：
[0045] (2.1)待红外热像仪达到热平衡后，将温度可控的黑体放置于红外热像仪成像清晰处，并使黑体充满红外热像仪整个像面；
[0046] (2.2)使黑体温度稳定在T0，待黑体稳定后，记录黑体温度T0和红外热像仪在此时输出的全画面数值矩阵，连续获取N帧数值矩阵E0；
[0047] (2.3)改变黑体温度至Tj，重复步骤(2.2)，得到多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵Ej。
[0048] 本发明的一个实施例中，所述步骤(1)具体为：
[0049] (1.1)根据标定生产记录，将配置参数写入所述红外热像仪，保证红外热像仪参数与生产过程中的配置一致；
[0050] (1.2)根据标定生产记录，上传该配置参数下的温度查找表，以使红外热像仪可以准确测量物体温度，达到交付标准。
[0051] 本发明的一个实施例中，所述黑体温度的选取基于所述红外热像仪的测温范围，多个不同黑体温度均匀分布在所述红外热像仪测温范围内。
[0052] 本发明的一个实施例中，所述不同黑体温度选取8个，所述数值矩阵的帧数取值100。
[0053] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0054] 本发明提供的红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，获得在多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵，计算在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声以及固定图案噪声，计算在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布，用多个固定图案噪声样式分布修正所述温度查找表并重新写入所述红外热像仪，以抑制所述红外热像仪的固定图案噪声，并可根据修正后的温度查找表，重新计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声和残留固定图案噪声，比较所述固定图案噪声和残留固定图案噪声大小以衡量抑制效果。本发明方法可以有效利用现有生产设备和流程，通过采集和计算温度矩阵数据，分离时间域噪声和固定图案噪声，修改温度查找表中相应偏置参数来抑制固定图案噪声，增强红外图像显示效果。同时该方法简便有效，计算量小，可应用于产品生产流程，提升产品品质。
附图说明
[0055] 图1是本发明实施例中一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法的原理示意图。
具体实施方式
[0056] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0057] 如图1所示，本发明提供了一种红外图像固定图案噪声抑制和评估方法，包括：
[0058] (1)调整和/或写入红外热像仪的配置参数，上传该组配置参数下的温度查找表，以使所述红外热像仪可以准确测量物体温度；
[0059] 具体地，所述步骤(1)包括：
[0060] (1.1)根据标定生产记录，将配置参数写入红外热像仪，保证红外热像仪参数与生产过程中的配置一致；
[0061] (1.2)根据标定生产记录，上传该配置参数下的温度查找表，确保红外热像仪可以准确测量物体温度，达到交付标准。
[0062] (2)待红外热像仪达到热平衡后，改变所述红外热像仪视场内黑体的温度，通过所述红外热像仪获得在多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵；
[0063] 具体地，所述步骤(2)包括：
[0064] (2.1)将红外热像仪放置在测试平台上，测试环境中无空调、风扇等强对流设备，防止干扰测试结果。如无法避免，请将类似设备尽量远离测试平台，保证测试平台附近无剧烈温度变化；
[0065] (2.2)待红外热像仪达到热平衡后，将温度可控的黑体放置于红外热像仪成像清晰处，并使黑体充满红外热像仪整个像面；
[0066] (2.3)使黑体温度稳定在T0，待黑体稳定后，记录黑体温度T0和红外热像仪在此时输出的全画面数值矩阵，连续获取N帧数值矩阵E0；
[0067] (2.4)改变黑体温度至Tj，重复步骤(2.2)，得到多个不同黑体温度下的连续多帧全画面数值矩阵Ej。
[0068] 其中Tj的选取需要根据当前红外热像仪的测温范围来定，一般选取8个，匀布在产品测温范围内，因此步骤(2.3)需要重复7次。此8个温度点应与生产标定时的温度点一致。N一般取值为100。
[0069] (3)根据所述多个不同黑体温度下的全画面数值矩阵计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声，以及所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声；
[0070] 具体地，所述步骤(3)包括：
[0071] (3.1)计算所述红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中各个像素的时间域噪声，计算公式如下：
[0072]
[0073] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；σ表示像素的时间域噪声；N表示连续N帧数值矩阵，n表示连续N帧数值矩阵的序列号；μ表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；Tj表示不同的黑体温度，j表示不同黑体温度的序列号，Ej表示在黑体温度Tj下测得的数值矩阵；
[0074] (3.2)对各个像素的时间域噪声取均值计算平均时间域噪声，计算公式如下：
[0075]
[0076] K为数值矩阵的行数，H为数值矩阵的列数；
[0077] (3.3)对于j＝0...7均需要计算一次，遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的平均时间域噪声σ(Ej)。
[0078] (4)根据所述多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声；
[0079] 具体地，所述步骤(4)包括：
[0080] (4.1)计算红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej中的固定图案噪声大小，计算公式如下：
[0081]
[0082]
[0083] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；μ(Ej)表示矩阵μ(Ej)k,h中各个像素的平均值；σFPN(Ej)表示当前黑体温度下的固定图案噪声大小；n表示连续N帧数值矩阵的序列号；σ(Ej)表示当前黑体温度下的平均时间域噪声。
[0084] 在连续N帧数值矩阵数据中，每帧数据都存在时间域噪声和固定图案噪声。时间域噪声属于零均值随机高斯白噪声，固定图案噪声属于零均值的固定偏差，通过N帧叠加取均值之后，根据相关信号处理理论，时间域噪声可减小至原有噪声水平的 而固定图案噪声大小不变。当N取值较大时，可认为时间域噪声完全被消除。
[0085] (4.2)对于j＝1...7均需要计算一次，遍历不同黑体温度下的数值矩阵，得到不同黑体温度下的固定图案噪声值σFPN(Ej)。
[0086] (5)根据所述红外热像仪在多个不同黑体温度下各个像素点的时间域噪声计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布；
[0087] 具体地，所述步骤(5)包括：
[0088] (5.1)计算固定图案噪声样式分布值，计算公式如下：
[0089]
[0090] 其中k,h表示第k行、第h列的像素；O(Ej)k,h表示当前像素固定图案噪声；μ(Ej)k,h表示当前像素在连续N帧数值矩阵中的平均值；n表示连续N帧数值矩阵的序列号；
[0091] (5.2)遍历不同黑体温度Tj下的数值矩阵Ej，得到多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布O(Ej)k,h。
[0092] (6)用所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的固定图案噪声样式分布修正所述温度查找表并重新写入所述红外热像仪，以抑制所述红外热像仪的固定图案噪声；
[0093] 具体地，所述步骤(6)包括：
[0094] (6.1)红外热像仪标定结果为增益矩阵Gain(Tj)k,h和电压偏移矩阵Offset(Tj)k,h，修正不同黑体温度下的电压偏移矩阵Offset(Tj)k,h，减小固定图案噪声：
[0095] Offset′(Tj)k,h＝Offset(Tj)k,h-O(Ej)k,h
[0096] (6.2)将修正的电压偏移矩阵Offset′(Tj)k,h作为新的电压偏移矩阵写入标定结果，记为新的温度查找表，并写入所述红外热像仪。
[0097] (7)根据修正后的温度查找表，重复步骤(2)-(6)，重新计算所述红外热像仪在多个不同黑体温度下的平均时间域噪声和残留固定图案噪声，并比较所述固定图案噪声和残留固定图案噪声大小，以衡量抑制效果。
[0098] 具体地，所述步骤(7)包括：
[0099] (7.1)根据修正后的温度查找表重复步骤(2)，取得新的红外热像仪连续输出N帧数值矩阵Ej′；
[0100] (7.2)依据步骤(3)-(6)中的计算方法，重新计算数值矩阵Ej′的平均时间域噪声σ(Ej′)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)，计算方法如下：
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105] (7.3)比较固定图案噪声σFPN(Ej)和残留固定图案噪声σFPN(Ej′)大小，衡量抑制方法的效果。
[0106] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
