紅外探測器盲元檢測及補償-2019年精選文檔

1、紅外探測器盲元檢測及補償0 引言紅外成像系統(tǒng)由于受到制造工藝、傳輸通道等的影響，探測器往往存在盲元。如果不將紅外圖像進(jìn)行處理，則會在圖像上顯示暗點或者亮點，影響探測器成像的質(zhì)量，進(jìn)而影響后續(xù)的圖像分析和處理工作。盲元檢測主要是確定盲元的數(shù)量和位置， 減少漏檢或者過檢問題。盲元補償則是通過盲元附近的像元進(jìn)行鄰域估計算法，可以將過熱像收稿日期：2015-07-02基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(61233005)；國家“ 973”計劃(2014CB744200)；航空科學(xué)基金項目( 20110112007)元和死像元的灰度值補償為正常像元的灰度值。本文采用的9X9窗格響應(yīng)法進(jìn)行盲元檢測，針對搭建的

2、紅外成像系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確確定盲元的數(shù)量和位置，具有較高的盲元檢測率。紅外成像系統(tǒng)系統(tǒng)整體紅外探測器盲元檢測系統(tǒng)主要由以下部分組成：黑體面源、各部分相互之間的關(guān)系探測器、PCI 圖像采集板卡和工控機，見圖 1。主控計算機通過串口 RS232控制黑體控制器，在測試軟件相應(yīng)位置輸入溫度值，就可以控制黑體控制器對黑體面源進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，黑體面源為探測器提供需要采集的標(biāo)準(zhǔn)圖像。主控計算機通過程序，控制程控電源對圖像調(diào)理板卡進(jìn)行供電并燒寫工作點。PCI 圖像采集板卡直接插在計算機內(nèi)部的PCI 插槽上， 安裝好驅(qū)動程序即可正常工作。探測器由一個穩(wěn)定支架固定，通過35以m波段透射率大于 85%的紅外窗口，直接面對

3、黑體面源進(jìn)行圖像采集，并實時將采集到的圖像通過雙絞屏蔽線傳輸給圖像調(diào)理板卡進(jìn)行信號 調(diào)理工作。圖像調(diào)理板卡在上電并燒寫工作點之后開始正常工作，其將探測器傳輸來的信號調(diào)理為 LVDS言號，傳輸給主控計算機內(nèi) 的 PCI 圖像采集板卡，采集到的圖像信息保存并顯示在主控計算機內(nèi)部，便于進(jìn)行盲元的檢測和補償。PCI 圖像采集板卡PCI圖像采集板卡主要由 DSPO FPGA吉構(gòu)組成。 當(dāng)LVDS 信號傳輸?shù)綀D像采集板卡時，首先由FPGA4行接收， 其中數(shù)據(jù)包括16 bit的幀頭和128X 128 bit的幀數(shù)據(jù)，在檢測到幀頭后，將完整數(shù)據(jù)寫入FIFO中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存。當(dāng)DSP上電后將FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)寫入

4、SDRAW,工控機讀取的數(shù)據(jù)及 SDRAM 中緩存的數(shù)據(jù)均記錄在 DSP片內(nèi)RAW,當(dāng)讀取數(shù)據(jù)小于緩存 數(shù)據(jù)時，通過DMAT式將數(shù)據(jù)從SDRA附讀取到PCI接口，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的同步顯示。具體過程如圖2 所示。為滿足主控計算機圖像顯示的刷新頻率，需要在硬件上加入緩沖區(qū)。輸入的LVDS速率越高，需要的緩沖區(qū)容量越大， 才 能保證不丟失數(shù)據(jù)。選用 Micron 公司提供的MT48LC2M3S2 DRAM作為緩沖區(qū)，是一款64 Mb全同步SDRAM圖像經(jīng)過DSP中的圖像預(yù)處理模塊后由SDRA腑制器控制寫入SDRAMfi行緩存。隨 后通過PCI總線與主控計算機進(jìn)行交互。DSP通過內(nèi)部的EDMA控制器實現(xiàn)

5、集成的PCI接口控制器與DSP的接口， 與其他一些 硬件平臺采用額外的PCI 控制芯片相比較，節(jié)約了成本，減少了電路板的面積，同時由于少使用了一個器件，降低了調(diào)試的難度， 提高了系統(tǒng)運行時的效率。LVDS 信號LVDS言號包括三組信號：時鐘信號、數(shù)據(jù)信號、同步信號。 LVDS言號是一種低擺幅的差分技術(shù)信號，邏輯狀態(tài)間的電壓變換為 350 mV， 能夠快速改變狀態(tài)，具有傳輸速率快的特性，保證了實驗系統(tǒng)圖像顯示的實時性功能；由于采用了恒流源驅(qū)動 器， 同時限制了尖峰電流，這樣就降低了終端電阻壓降，從而降低了電路的功耗；通過減小電壓擺幅和電流能量，能夠有效的抑制圖像的噪聲，有利于降低系統(tǒng)噪聲。盲元檢

6、測窗口響應(yīng)率檢測法為了確定窗格大小與盲元檢測結(jié)果之間的關(guān)系，分別利用3X3窗格，5X5窗格，7X7窗格，9X9窗格，11X11窗格和傳統(tǒng)窗格法進(jìn)行盲元檢測，檢測到的盲元數(shù)量、盲元數(shù)與總盲元數(shù)的比值、進(jìn)行測試所消耗時間，如表 1 所示。由表1可以看出，3X3和5X5窗格法具有相對較快的檢測速度，但是由于圖像存在連續(xù)盲元，較小的窗格無法檢測出，所以檢測出的盲元個數(shù)較少，通過對比可知存在將盲元點判斷為正常像元點的問題。11X11窗格法檢測出的盲元數(shù)量與 9X9 窗格法相近似， 但是計算時間卻大大加長。 只有7X7和9X9 窗格法可以將盲元較全面的檢測出來，并且檢測時間比較合理。而與傳統(tǒng)窗格法的解算結(jié)

7、果相比較，經(jīng)過改進(jìn)的窗格法檢測結(jié)果要優(yōu)于傳統(tǒng)窗格法，具有一定的使用價值。另外由于窗格法盲元檢測受到被測圖像的影響，所以傳統(tǒng)窗格法的相對誤差會大一些。由于探測器采集標(biāo)準(zhǔn)黑體面源，圖像相對穩(wěn)定，盲元檢測率較高。窗格響應(yīng)率檢測算法以9X9的滑動窗口掃描圖像， 通過解算中心點的灰度值的平均值和均方差，來判斷該點是否為盲元。算法步驟為（1）以9 X 9滑動窗口內(nèi)的所有像素的灰度平均值進(jìn)行查找，找出最大值和最小值；去掉最大值和最小值，求出窗口內(nèi)剩余像素灰度值的平均值和均方差；比較平均值與最大值和最小值之差的百分比進(jìn)行初步 判斷；運用公式 GP-GE(9X9) 3.5 XGS(9X9)進(jìn)行再一次判斷。其中：

8、GP為中心點灰度值；GE為9X9區(qū)域灰度平均值；GS為9X9區(qū)域灰度均方差。如果一點經(jīng)過步驟(3)和(4)均判斷為盲元，且連續(xù)幾幀圖像同一坐標(biāo)上的點一直被判斷為盲元，則判定該點為盲元。 利用9X9窗口響應(yīng)率檢測盲元的結(jié)果圖如圖3 所示。中值濾波盲元檢測采用中值濾波對同一探測器，在不同的面源黑體溫度下采集到的圖像進(jìn)行盲元檢測，利用9X9窗格，以27 C為基準(zhǔn)溫度， 在基準(zhǔn)溫度下，絕大多數(shù)的像元點灰度為0， 隨著面源黑體溫度的升高，像元點的灰度值也隨之升高，經(jīng)過實際測試，選取2735 C這一溫度段，當(dāng)溫度到達(dá)35 c時， 像元點的灰度值可以達(dá)到255， 如圖4 所示。其中圖4( a) 為 27 (基準(zhǔn)溫度)時的盲元，圖4 (b)為32 C時的盲元。由于像元點的灰度值會隨著溫度的升高而升高，對比檢測到的盲元個數(shù)如表2 所示， 可以得知在灰度值接近0 時， 中值算法會將死像元判斷為正常像元；在灰度值接近255 時， 中值算法會將過熱像元判斷為正常像元。隨著溫度的升高，檢測到的盲元數(shù)量增加，當(dāng)溫度差達(dá)到5 時， 灰度值為130 左右，經(jīng)過多幅圖像灰度值和溫度值之間的對比發(fā)現(xiàn)，灰度值為80170 時， 盲元點的檢測才相對準(zhǔn)確。實驗所用探測器檢測到盲元數(shù)量變化趨勢如圖5 所示。4 結(jié)論盲元作為熱成像系統(tǒng)的重要問題，者間