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基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应非均匀性校正算法
摘要
红外焦平面阵列（IRFPA）作为红外成像系统的关键元件之一，在红外成像技术中有着广泛的应用。然而，由于制造和工作环境等多方面的因素，IRFPA中存在着非均匀性（NU）的问题，给红外成像系统的应用带来了很大的困扰。为此，提出了一种基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应非均匀性校正算法。
本文根据IRFPA的基本工作原理和NU的特征，提出了基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应NU校正算法。该算法采用虚拟边框来抑制NU区域产生的边缘效应，并通过对图像进行分割，提取ROI区域和背景区域进行校正。其中，ROI区域使用均值滤波器进行平滑，背景区域采用温度流场模型（TFL）进行校正。在实验中，将该算法与多种常见的NU校正算法进行了比较，结果表明该算法在校正效果和运算速度方面均表现优异。
关键词：红外焦平面阵列；非均匀性；虚拟边框；视场光阑；校正算法
Abstract
Asoneofthekeycomponentsininfraredimagingsystem,theinfraredfocalplanearray(IRFPA)hasbeenwidelyusedininfraredimagingtechnology.However,duetovariousfactorssuchasmanufacturingandworkingenvironment,theproblemofnon-uniformity(NU)existsinIRFPA,whichbringsgreattroublestotheapplicationofinfraredimagingsystem.Therefore,aself-adaptivenon-uniformity(NU)correctionalgorithmforIRFPAbasedonvirtualborderfieldofviewapertureisproposed.
Inthispaper,aself-adaptiveNUcorrectionalgorithmbasedonvirtualborderfieldofviewapertureisproposedaccordingtothebasicworkingprincipleofIRFPAandthecharacteristicsofNU.ThealgorithmadoptsvirtualbordertosuppresstheedgeeffectgeneratedintheNUregion,andextractsROIregionandbackgroundregionforcorrectionbysegmentingtheimage.Amongthem,theROIregionadoptsmeanfilterforsmoothing,andthebackgroundregionadoptstemperatureflowfieldmodel(TFL)forcorrection.Intheexperiment,thisalgorithmiscomparedwithavarietyofcommonNUcorrectionalgorithms,andtheresultsshowthatthealgorithmperformswellintermsofcorrectioneffectandoperationspeed.
Keywords:infraredfocalplanearray;non-uniformity;virtualborder;fieldofviewaperture;correctionalgorithm
一、引言
红外成像技术具有成像速度快、夜间、弱光条件下检测能力强、对太阳光不敏感等众多优点，被广泛运用于夜视、制导、情报侦察、火灾探测、安全监控等领域[1]。红外成像系统中关键的元器件之一是红外焦平面阵列（IRFPA），由于生产过程和工作环境等原因，IRFPA中存在着非均匀性（NU）的问题，导致实际成像效果受到影响[2][3]。因此，校正IRFPA的NU成为了红外成像技术研究的热点之一。
当前，常见的NU校正方法包括增益和偏移校正法、两点校正法、校正回归法和基础温度法等。这些方法在一定程度上能够校正图像的NU，但是存在着运算量大、校正效果差等问题[4][5][6]。为了克服这些问题，提出了一种基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应NU校正算法。
二、基于虚拟边框视场光阑的IRFPA自适应NU校正算法
2.1IRFPA的NU特性
IRFPA的NU是指成像中的相邻像素点之间，由于光电特性、制造误差等原因而导致灰度响应不同的现象[7]。NU存在的主要原因包括未能精确控制温度、制造误差和响应非线性等。
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