红外焦平面非均匀性校正算法的研究

论文摘要

红外焦平面阵列（IRFPA- Infrared Focal Plane Arrays）是近几十年发展起来的一项新的探测器件,具有高灵敏度、高信噪比、结构简单紧凑的优点。成为目前最有发展前景的红外成像器件。随着器件性能的提高,红外焦平面阵列广泛应用于军事和民用领域。但由于现有制造工艺水平和材料的限制,红外焦平面阵列的各个探测单元响应度不完全一致,导致在图像上形成固定图案噪声（FPN-Fixed Pattern Noise）,严重影响红外系统的成像质量。因此,必须进行红外焦平面的非均匀性校正。本文首先介绍了红外成像技术的发展状况、应用前景和本文的研究背景及意义。其次介绍了红外焦平面的结构、工作原理以及非均匀性的定义和响应模型。综合阐述了目前比较成熟的非均匀性校正算法,并且说明了各自的优缺点。其次,详细地分析了时域高通滤波算法并且通过一维信号仿真说明了出现伪像的原因。根据伪像形成于图像边缘的特点,提出了对边缘模糊的图像滤波的方法,抑制了伪像的产生。最后,针对任意像素位移的配准问题,提出了基于积分投影的任意像素位移配准算法。算法将目标图像分成若干块,对每块进行边缘检测,选取边缘特征最明显的图像块与参考图像相应位置的图像块进行配准。对图像块进行投影运算,在限定范围内每次移动投影矢量一个像素,插值算出小数位移,计算图像块的MSE,最小MSE值点便为图像的位移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究目的与意义
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 红外焦平面非均匀性问题的讨论
• 2.1 非均匀性分析
• 2.1.1 非均匀性的定义
• 2.1.2 非均匀性产生的原因
• 2.1.3 非均匀性噪声
• 2.2 红外焦平面的响应模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 非均匀校正算法概述
• 3.1 定标校正算法
• 3.1.1 两点法
• 3.1.2 多点校正算法
• 3.2 基于场景的非均匀校正算法
• 3.2.1 时域高通滤波算法
• 3.2.2 神经网络算法
• 3.2.3 CS 算法
• 3.2.4 恒定范围统计法
• 3.2.5 卡尔曼滤波法
• 3.2.6 基于图像配准的校正算法
• 3.2.7 代数算法
• 3.2.8 基于焦平面读出电路的非均匀性校正
• 3.3 红外焦平面无效探测元的消除
• 3.4 非均匀校正算法性能评价
• 3.5 本章小结
• 第四章 时域高通滤波算法分析
• 4.1 时域高通滤波算法与伪像的产生
• 4.1.1 时域高通滤波算法
• 4.1.2 时域高通滤波算法仿真
• 4.1.3 伪像产生原因的分析
• 4.2 消除伪像的方法
• 4.2.1 传统消除伪像的方法
• 4.2.2 基于模糊图像消除伪像的方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 非均匀校正图像配准算法分析
• 5.1 非均匀校正图像配准算法综述
• 5.1.1 模板匹配算法
• 5.1.2 相位相关配准算法
• 5.1.3 投影配准算法
• 5.1.4 算法性能分析
• 5.2 基于边缘特征的任意像素位移投影配准算法
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 实验仿真
• 5.2.3 基于图像配准的迭代非均匀校正算法
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间科研成果