画面的完美之旅：相机探测器非均匀性校正的奇妙之道

来源：西安立鼎光电科技有限公司分类：技术参数

2024-07-18 17:30:09 13阅读次数

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红外焦平面阵列是目前红外成像系统的主要探测器件。由于制造工艺的差别、放大电路以及环境温度等原因，会导致探测器每一个像元对光的响应产生差距，表现为图像中不同区域的亮度或色彩表现不一致，进而影响实际的成像效果，这就是非均匀性。

简单来说，我们将相机对着一个均匀场景进行拍照的时候，假定场景理想均匀，所有像素的灰度值也并非一致。直观来说，红外图像中的不规则条纹就是红外焦平面阵列非均匀性的体现。

短波红外相机的“非均匀性校正”是指对短波红外相机成像中存在的非均匀性进行校正和补偿的过程。非均匀性校正的目的是消除或减小这种非均匀性对最终图像质量的影响，以确保相机输出的图像在不同位置或条件下具有较为一致的性能和表现。

当探测器不加任何校正算法时，所拍摄的图像如下图1所示。从这个图片我们可以清楚的看到竖条纹，这便是非均匀性的直观表现。这种非均匀性严重影响到了正常的成像，这显然是不符合我们观测和拍摄的要求。

图1 不加校正的原图

为了提高图像的质量，改善视觉效果，我们使用算法对非均匀性进行校正，让探测器的每个像元的响应接近一致，于是得到下图。

图2 校正后场景图像

将图1和图2进行对比，可以明显看到场景的成像效果得到改善，符合我们正常的观测效果。对于普通场景拍摄就有如此大的差异，更不用说短波相机在天文学、成像医学、材料科学等高尖端领域的应用，所追求的成像要求更加严格，这便是非均匀性校正的必要性。

接下来，我们将展示非均匀性校正对于探测器成像的影响。我们在暗场条件下，采集相机的本底图片，可以明显的看到很多竖条纹（图3），这便是探测器响应的不一致性；而进行非均匀性校正之后，竖条纹全部消失（图4）。

图3 均匀性很差的本底图像

图4 校正后的本底图像

通过采集多张灰度图像，作为校正数据进行一系列处理后，我们使用这些校正数据对探测器的响应进行理论计算，对图像中的不同区域进行灰度调整，最终得到图4的效果。

无论是从直观感受还是理论数值上，都可以明显看到非均匀性校正对改善成像的重要意义。

我们以图3和图4为例，当对同一行的像素进行横向灰度截取，得到如下两张图片。

图5 校正前的横向灰度变化

图6 校正后的横向灰度变化

由上图可以看到，校正前的灰度范围更大，变化更为杂乱；而校正后灰度范围较小，且整体更紧凑。图5表现的很像泛起的波浪，变化十分的剧烈；而图6表现的更加平静，变化趋势较小。

相机非均匀性校正对于各种图像应用都具有重要意义，是现代成像技术中不可或缺的一环，它通过消除图像中的非均匀性，提高了图像的质量和可靠性，为各种应用提供了更加优质和精准的成像工具。随着图像处理技术的不断发展，相信相机非均匀性校正将在更多领域展现出其重要价值。

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以下是2024年7月17日19:00使用我司短波红外相机拍摄的终南山短波红外成像视频。

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