一種紅外成像系統條紋噪聲去除方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于高靈敏度紅外成像及應用技術領域，基于一種制冷型紅外成像硬件系統，涉及傅里葉變換的紅外圖像條紋噪聲的去除。
【背景技術】
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[0002]隨著紅外成像技術的發展，人們對熱紅外成像系統靈敏度水平的要求越來越高，獲取高靈敏度高分辨率紅外圖像的需求也更加迫切，經過簡單非均勻性校正的紅外圖像已不能滿足高靈敏度場合的需要，需要后續對紅外圖像進行去噪處理，以提高紅外圖像的靈敏度水平。高靈敏度紅外成像系統一般采用制冷型紅外焦平面器件，它由按矩陣式排布的像素和外圍讀出電路組成，由于焦平面陣列中各探測元響應特性不完全一致，不同的探測光敏元件對相同的紅外輻射會產生不同的輸出信號，使得紅外圖像內會出現一種條紋狀的非均勻性噪聲，常規的非均勻性校正算法無法去除該噪聲。在實踐中常采用直方圖匹配以及矩匹配等方法去除此類條紋噪聲，處理的方法是直接在二維圖像上去除噪聲。對于這些傳統的紅外圖像降噪處理方法，并不關注噪聲產生的機制，而是單純的對噪聲進行考量，會導致圖像高頻信息的丟失。焦平面的輸出從某種意義上看其實是一種一維信號，相當于按照不同輸出路數按時間先后讀出不同的像元，所以在將這些像元排列為二維圖像時會產生明暗的條紋噪聲。此噪聲的頻率與焦平面的讀出電路的個數緊密相關。本方法基于此問題而提出，基于紅外成像的硬件特性，針對性的去除條紋噪聲，可以在不損失圖像信息的前提下有效去除條紋噪聲。
【發明內容】
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[0003]發明目的:本發明克服了傳統方法的不足，提供了一種更有效、更精確去除條紋噪聲的方法。這種方法將紅外二維圖像轉換為一維離散信號進行FFT處理，從系統的硬件特性出發提出去除噪聲的方法。
[0004]本發明提出的紅外成像系統條紋噪聲去除方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]I)利用基于MXN規模的焦平面陣列的的紅外成像系統，對均勻的黑體進行成像，將得到的圖像像元按照P路讀出電路輸出的排列順序，以1，2，3...Ρ路的順序按時間先后排列成一維，得到I(N)數列。其中M為焦平面的列個數，其中M為P的整數倍。
[0006]2)對I)中得到的一維離散數據進行FFT變換:
[0007]F = FFT(KN))
[0008]W = abs (F)
[0009]以采樣頻率為A (A應大于N、M，具體值影響步驟4中的精度，典型值取length (I))做出頻譜圖。
[0010]其中FFTO表示快速一維傅里葉變換，abs O表示數列I頻域幅度的提取函數。
[0011]3)對2)中得到的W數列的頻率與幅值的圖像，X軸以下式為坐標(I?Iength(I)) XA/length⑴，Y軸坐標幅值為W。此時得到紅外圖像系統對黑體成像的一維數列中存在的頻率譜線圖。其中length⑴為數列I的長度。
[0012]4)對3)中得到的譜線圖，其譜線Y軸幅值對應著數列I中以(A/x)個像元為周期的條紋噪聲強度。其中X為譜線對應的X軸坐標。
[0013]5)對3)中的譜線圖中幅值很高且對應于數列I中以Ρ，Μ/η(η為1，2，3...)和M個像元為周期的譜線，記錄其X軸坐標xl, χ2, χ3…，xl*，x2*，x3*…，其中xl、xl*對應P個像元為周期的譜線，以此類推。則這些譜線的位置對應于F數列中的譜線位置為(xl，x2, x3…xl*，x2*，x3*...) /AX length (I)。
[0014]6)輸入待降噪的紅外圖像，如I)中所示，轉變為一維數列并進行FFT轉換，以5)中得到的譜線位置將FFT轉換結果中對應的值置零。
[0015]7)將6)中置零后的數列FFT逆變換，并將一維數列按照I)中的規則拼回原二維圖像，得到去除條紋噪聲后的紅外圖像。
[0016]本發明相對于現有方法具有如下的優點及效果:
[0017]本發明從系統的硬件角度出發，考慮了條紋噪聲產生的原因，并針對性的將二維圖像轉變為一維圖像進行降噪，可以更有效的提取噪聲，分離噪聲與有用信號，避免了對二維圖像處理時的盲目性。
[0018]本發明以黑體圖像對條紋噪聲的頻譜位置進行標定，并可普遍用于后續的圖像降噪，提高了降噪的準確性。
[0019]本發明使用傅里葉去譜線的方式代替傳統的濾波方式。可以針對性的去除由讀出電路產生的條紋噪聲，并完全保留了圖像的高頻部分，該方法能更有效地去除噪聲，并完整保留圖像細節。
【附圖說明】
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[0020]圖1是本發明的基于傅里葉變換的紅外圖像去除條紋噪聲方法的總體框圖。
[0021]圖2是本發明實施例中原始黑體圖像(a)與處理后的黑體圖像(b)的對比。
[0022]圖3是本發明實施例中黑體圖像的譜線圖(a)原圖與處理后(b)的對比。
[0023]圖4是本發明實施例中待降噪圖像(a)與經過處理后的圖像(b)的對比。
[0024]圖5是本發明實施例中最終得到的處理圖像。
【具體實施方式】
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[0025]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0026]如圖1，以基于4路讀出電路輸出的320 X 256焦平面為硬件的紅外成像系統為例，改進的紅外系統條紋噪聲去除方法，包括以下步驟:
[0027]I)利用系統對均勻黑體成像。將得到的圖像像元按照四路讀出電路輸出的排列順序，以1，2，3，4路的順序按時間先后排列成一維，得到I (N)數列。320為列數。
[0028]2)對I)中得到的一維離散數據以采樣頻率為81920進行FFT變換:
[0029]F = FFT(KN))
[0030]W = abs (F)
[0031]其中FFTO表示快速一維傅里葉變換，abs Q表示數列I頻域幅度的提取函數。
[0032]3)對2)中得到的W數列做出頻率與幅值的圖像，X軸坐標為1: length⑴)X 81920/length (I)), Y軸坐標為W。此時得到紅外圖像系統對黑體成像的一維數列中存在的頻率譜線圖。其中length⑴為數列I的長度。
[0033]4)對3)中得到的譜線圖，其譜線對應著數列I中以(81920/x)個像元為周期的條紋噪聲。其中X為譜線對應的X軸坐標。
[0034]5)對3)中的譜線圖中幅值很高且對應于數列I中以4，160, 320個像元為周期的譜線，記錄其 X 軸坐標 257，509，20481，81665，81413，61441。
[0035]6)輸入待降噪的紅外圖像，如I)中所示，轉變為一維數列并進行FFT轉換，以5)中得到的譜線位置將FFT轉換結果中對應的值置零。
[0036]7)將6)中置零后的數列FFT逆變換，并將一維數列拼回原二維圖像，得到去除條紋噪聲后的紅外圖像。
[0037]如圖2(a)所示，為沒有經過本文方法處理的黑體圖像局部放大，其中可以明顯的看到存在著條紋狀噪聲，圖2(b)為經過本文方法處理后的圖像，條紋噪聲已基本去除了。圖3是黑體圖像處理前后譜線圖的變化對比，可以看到條紋噪聲主要就是由幾條幅值過高的譜線所對應的頻率造成。
[0038]以此譜線位置為標準，對外景圖像進行降噪，如圖4(b)所示為本實施例的去條紋結果，將圖4(b)與圖4(a)中的原始帶條紋圖像比較，可見，其中的條紋得到了有效去除，豐富了圖像細節，同時圖像的細節尤其是邊緣部分得到了完整的保留，大幅提高了圖像質量。圖5是處理后經過灰度調節的圖像。
[0039]以上所述僅為本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本發明原理的技術方案均屬于本發明的保護范圍。對于本領域的技術人員而言，在不脫離本發明的原理的前提下進行的若干改進和潤飾，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種紅外成像系統條紋噪聲去除方法，其特征在于包括如下步驟: 1)利用基于MXN規模的焦平面陣列的紅外成像系統，對均勻的黑體進行成像，將得到的圖像像元按照P路讀出電路輸出的排列順序，以1，2，3...Ρ路的順序按時間先后排列成一維，得到I (N)數列，其中M為焦平面的列個數，其中M為P的整數倍； 2)對步驟I)中得到的一維離散數據進行FFT變換: F = FFT[I(N)] (I) W = abs (F) (2) 以采樣頻率為A(A應大于N、M，典型值取Iength(I))做出頻譜圖；其中FFT()表示快速一維傅里葉變換，abs O表示數列I頻域幅度的提取函數； 3)對步驟2)中得到的W數列的頻率與幅值的圖像，X軸以下式為坐標(I?Iength(I)) X A/length (I)，Y軸幅值坐標為W，此時得到紅外圖像系統對黑體成像的一維數列中存在的頻率譜線圖，其中Iength(I)為數列I的長度； 4)對步驟3)中得到的譜線圖，其譜線Y軸幅值對應著數列I中以(A/x)個像元為周期的條紋噪聲強度，其中X為譜線對應的X軸坐標； 5)對步驟3)中的譜線圖中幅值很高且對應于數列I中以P，M/n，n為1，2，3...，和M個像元為周期的譜線，記錄其X軸坐標xl, χ2, χ3…，xl*，2*，x3*...,其中xl、xl*對應P個像元為周期的譜線，以此類推；則這些譜線的位置對應于F數列中的譜線位置為(xl，x2, x3…xl*，x2*，x3*...)/AX length (I)； 6)輸入待降噪的紅外圖像，如步驟I)中所示，轉變為一維數列并進行FFT轉換，以5)中得到的譜線位置將FFT轉換結果中對應的值置零； 7)將步驟6)中置零后的數列FFT逆變換，并將一維數列按照步驟I)中的規則拼回原二維圖像，得到去除條紋噪聲后的紅外圖像。
【專利摘要】本發明公開了一種紅外成像系統條紋噪聲去除方法，其實施步驟如下：1)利用紅外成像系統對黑體成像并將得到的紅外圖像轉換為一維數列；2)將得到的一維數列進行FFT傅里葉變換；3)對變換后頻譜圖中代表條紋噪聲的譜線進行標定；4)以標定的譜線位置對同樣轉換為一維數列的待降噪圖像FFT轉換后的結果進行處理；5)將處理后的結果逆變換為一維數列，然后拼接回二維圖像。本發明克服了傳統紅外圖像噪聲去除方法不足，提供了一種更有效、更精確去除條紋噪聲的方法。本發明能夠有效去除紅外圖像中的條紋噪聲，并不損失圖像原信息，獲得高質量的復原圖像。
【IPC分類】H04N5-217, H04N5-33
【公開號】CN104580937
【申請號】CN201510029313
【發明人】姬弘楨, 王建宇, 李春來, 金健, 周潘偉
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月21日