红外焦平面探测器非均匀性校正算法及仿真
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摘要
本论文根据红外成像系统信息处理的实际需求为背景,围绕红外图像的非均匀性校正技术展开研究,即在研究和分析常用的非均匀性校正算法的基础上,基于红外焦平面探测器的非线性特性,将“S”曲线拟合技术应用于红外图像的非均匀性校正,并进行了Matlab仿真;在归一化BP神经网络校正方法的基础上,结合非均匀性的特征分析,提出了BP神经网络的改进算法,最后应用Matlab对BP神经网络改进校正算法和归一化BP神经网络算法进行了计算机仿真实验,并进行了性能分析,为红外成像系统非均匀性校正算法的选择提供了理论支撑和准确的实验数据。
全文共分为五章,具体内容安排如下:
第一章:绪论。介绍课题背景和非均匀性校正技术的基本知识。
第二章:对红外系统非均匀性产生的原因以及其表现特征进行了分析,并在此基础上给出了非均匀性的定义和度量方法,介绍了几种常用的非均匀性校正算法。
第三章:基于红外焦平面探测器的非线性特性,将“S”曲线拟合技术应用于红外图像的非均匀性校正,并进行了Matlab仿真,实验结果验证了算法的有效性。
第四章:研究和分析了归一化BP神经网络校正算法的收敛性、迭代步长及最大误差值的选择技术,在此基础上,论文提出了一种改进的BP神经网络校正算法,并进行了仿真实验。理论和实践结果表明:改进的BP神经网络算法克服了归一化神经网络不能有效消除低频)噪声的缺陷。
第五章:运用本文讨论的校正算法对实际图像进行了校正,并对各种校正算法的性能进行了比较。
最后为结束语。
This paper make a deep research in nonuniformity correction of IRFPA detector, according to treating with the information in infrared imaging systems . The causations and features of nonuniformity in infrared imaging systems are described. Researches on several methods of NUC are made respectively. a new way for NUC on the basis detector's response nonlinearity is used. Based on the simulation results, the algorithm behave more satisfyingly. The unitary BP algorithm is introduced, which has more adaptability than classical BP algorithm. The unitary BP algorithm's effectiveness and superiority were verified by simulation .To avoid the disadvantage of the traditional spatial adaptive nonunifonnity correction denoising the low frequency dominated nonunifonnity noise,a new way is used .Simulation show that the proposed scheme can achieve good performance when low frequency noise is dominant .
There are five chapters in this paper.the main work can be summarized as follows:
In chapterⅠ, the technology of IRFPA's for NUC is described in the first part of this paper.
In chapterⅡ, the causations and features of nonuniformity in infrared imaging systems are described .Researches on several methods of NUC are made respectively.
In chapterⅢ, a way for NUC on the basis detector's response nonlinearity is used. Through analysis on the data obtained from simulation, the“S curve”and its arithmetic model are found, based on the simulation results, the algorithm takes the detector's natural essence into account so can behave more satisfyingly.
In chapterⅣ,the unitary BP algorithm is introduced, which has more adaptability than classical BP algorithm.Simulation were performed.The unitary BP algorithm's effectiveness and superiority were verified by simulation .when low frequency noise is dominant ,a new way for NUC is used .Simulation show that the scheme can achieve good performance .
In chapterⅤ, simulations on several methods of NUC are made respectively with really IR image several methods of nonuniformity correction (NUC) for FPA are analyzed and compared in detail.
全文共分为五章,具体内容安排如下:
第一章:绪论。介绍课题背景和非均匀性校正技术的基本知识。
第二章:对红外系统非均匀性产生的原因以及其表现特征进行了分析,并在此基础上给出了非均匀性的定义和度量方法,介绍了几种常用的非均匀性校正算法。
第三章:基于红外焦平面探测器的非线性特性,将“S”曲线拟合技术应用于红外图像的非均匀性校正,并进行了Matlab仿真,实验结果验证了算法的有效性。
第四章:研究和分析了归一化BP神经网络校正算法的收敛性、迭代步长及最大误差值的选择技术,在此基础上,论文提出了一种改进的BP神经网络校正算法,并进行了仿真实验。理论和实践结果表明:改进的BP神经网络算法克服了归一化神经网络不能有效消除低频)噪声的缺陷。
第五章:运用本文讨论的校正算法对实际图像进行了校正,并对各种校正算法的性能进行了比较。
最后为结束语。
This paper make a deep research in nonuniformity correction of IRFPA detector, according to treating with the information in infrared imaging systems . The causations and features of nonuniformity in infrared imaging systems are described. Researches on several methods of NUC are made respectively. a new way for NUC on the basis detector's response nonlinearity is used. Based on the simulation results, the algorithm behave more satisfyingly. The unitary BP algorithm is introduced, which has more adaptability than classical BP algorithm. The unitary BP algorithm's effectiveness and superiority were verified by simulation .To avoid the disadvantage of the traditional spatial adaptive nonunifonnity correction denoising the low frequency dominated nonunifonnity noise,a new way is used .Simulation show that the proposed scheme can achieve good performance when low frequency noise is dominant .
There are five chapters in this paper.the main work can be summarized as follows:
In chapterⅠ, the technology of IRFPA's for NUC is described in the first part of this paper.
In chapterⅡ, the causations and features of nonuniformity in infrared imaging systems are described .Researches on several methods of NUC are made respectively.
In chapterⅢ, a way for NUC on the basis detector's response nonlinearity is used. Through analysis on the data obtained from simulation, the“S curve”and its arithmetic model are found, based on the simulation results, the algorithm takes the detector's natural essence into account so can behave more satisfyingly.
In chapterⅣ,the unitary BP algorithm is introduced, which has more adaptability than classical BP algorithm.Simulation were performed.The unitary BP algorithm's effectiveness and superiority were verified by simulation .when low frequency noise is dominant ,a new way for NUC is used .Simulation show that the scheme can achieve good performance .
In chapterⅤ, simulations on several methods of NUC are made respectively with really IR image several methods of nonuniformity correction (NUC) for FPA are analyzed and compared in detail.
引文
【1】孙仲康 沈振康《数字图像处理及其应用》 北京 国防工业出版社,1985 年 10 月
【2】闻新 周露 王丹力 熊晓英《MATLAB 神经网络应用设计》科学术出版社 2002 年 9 月
【3】韩得竹 王华《MATLAB 电子仿真与应用》国防工业出版社 2003 年 9月
【4】郝文化 田蕾 董秀芳《MATLAB 图形图像处理应用教程》中国水利水电出版社 2004 年 1 月
【5】胡小锋 赵辉《Visual c++/MATLAB 图像处理与实用案例精选》人民邮电出版社 2004 年 9 月
【6】吴军辉 王涛 刘义和 张文攀 红外图像的非均匀性及其仿真,红外技术 2003 年 9 月
【7】施立原 面列阵焦平面探测器的多点定标非均匀性校正算法及其实现[J] 红外 2002,(8):24-29
【8】胡晓梅 红外焦平面探测器的非均匀性与校准方法研究[J] 红外与激光工程 1999,28(3):9-12
【9】周建勋 王利平 刘滨 红外图像非均匀性产生原因分析[J] 红外与激光工程 1997,26(3):11-13
【10】张小军 赵亦工 红外焦平面非均匀校正的综合处理算法 红外技术 2003,第 25 卷 第 6 期
【11】石岩 张天序 王岳环 江浩洋 红外焦平面非均匀性两点校正法分析及 FPGA 实现 激光与红外. 2005 年 2 月
【12】王钰 陈钱 殷德奎等 实时红外图像非均匀性校正技术研究[J] 红外与毫米波学报 1999,18(2):151-155
【13】陈宝国 郑志伟 黄士科 利用 FPGA 实现红外焦平面器件的非均匀性校正[J].红外与激光工程 2000,29(4):55-57
【14】孔令彬 易新建 王典洪等 利用 FPGA 实现红外焦平面阵列实时非均匀性校正[J] 光电工程 2002,29(6):39-42
【15】GB/T 17444-1998 红外焦平面阵列特性参数测试技术规范[J] 北京 1998
【16】熊辉 杨卫平 沈振康 红外焦平面阵列非均匀性校正算法研究[J] 系统工程与电子技术 1998(12):40-43
【17】刘会通 马红伟 红外焦平面非均匀性校正若干方案的设计和分析 激光与红外 2003 年 8 月 第 33 卷 第 4 期
【18】杨正兴 谈新权 尚小冬 红外焦平面非均匀性校正算法研究与实现 红外技术 2004 年 5 月 第 26 卷 第 3 期
【19】杨正兴 谈新权 尚小冬 基于场景的红外图像非均匀性校正方法综述[J] 光电子技术 2003.23(2):135~138
【20】石 岩 张天序 李辉等 一种考虑红外焦平面器件非线性响应的非均匀性校正方法 红外与毫米波学报 2004 年 23(4):251-256
【21】张天序 石 岩 曹治国 红外焦平面非均匀性噪声的空间频率特性及空间自适应非均匀性校正方法改进 红外与毫米波学报 2005 年 8 月第 24 卷第 4期
【22】刘会通 王骐 郑志伟等 红外焦平面阵列非线性响应的分析和计算 红外与毫米波学报 2001 年 23(4):253-258
【23】Scribner D A,Sarkady K A,Caulfield J T etal Nonuniformity correction for staring IR focal plane arrays using scene-based techniques[c] Infrared Detectors and Focal Plane Arrays,SPIE,1990,1308 224-233
【24】Scribner D A,Sarkady K A,Kruer M R etal Adaptive nonuniformity correction for IR focal plane arrays using neural networks[c] Infrared Sensors Detectors ,Electronics and Signal Processing,SPIE 1991 1541:100-109
【25】Mooney J M,Sheperd F D,Ewing W S,etal Responsivity nonuniformity limited performance of Infrared staring cameras[J] Optical Engineeri 1989 ,28(11):1151-1161
【26】M T Eismann Focal plane nonlinearity and nonuniformity impacts to target detection with thermal infrared imaging spectrometers[A] SPIE[C] 1997,3063:164-173
【27】Hu Xiaomei Study on IRFPA nonuniformity and its correction [J] Infrared and Laser Engineering,1999,28(3):9-12.(inChinese)
【28 】Gao Yun Nonuniformity correction in staring IRCCD focal plane arrays[J].J.Infrared Millim.Waves,1993,12(3)169-176.(inChinese)
【2】闻新 周露 王丹力 熊晓英《MATLAB 神经网络应用设计》科学术出版社 2002 年 9 月
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【18】杨正兴 谈新权 尚小冬 红外焦平面非均匀性校正算法研究与实现 红外技术 2004 年 5 月 第 26 卷 第 3 期
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【22】刘会通 王骐 郑志伟等 红外焦平面阵列非线性响应的分析和计算 红外与毫米波学报 2001 年 23(4):253-258
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