Что такое битые пиксели, призрачные изображения и эффект крышки кастрюли в инфракрасных изображениях?

Мертвые пиксели — это светлые и темные пятна, координаты которых не меняются с целью на инфракрасном изображении. Битые пиксели еще называют неэффективными (в том числе перегретыми и битыми). Пиксели, шумовое напряжение которых более чем в 10 раз превышает среднее шумовое напряжение, называются перегретыми пикселями (белые точки), а пиксели, скорость отклика которых составляет менее 1/10 средней скорости отклика, называются битыми пикселями (черные точки).

Часто используемые методы замены битых пикселей : замена левой точки, замена верхней точки, замена медианы окрестности или замена среднего значения и т. д.

Принцип удаления битых пикселей заключается в замене значения битого пикселя значениями окружающих пикселей. Вам необходимо определить расположение битых пикселей на изображении и откалибровать инфракрасную линзу для захвата изображений черного тела при различных температурах. Реакция битых пикселей на температуру явно отличается от реакции нормальных пикселей. Затем отметьте координаты этих точек и используйте окружающие их пиксели для их замены.

В реальной работе эффект замены средним значением не так хорош, как замена медианным значением окружающих пикселей, поскольку многие битые пиксели инфракрасного детектора появляются концентрировано, и вокруг битого пикселя могут быть битые пиксели. Использование медианной замены может уменьшить влияние окружающих битых пикселей на эффект замены.

2.Призрачные изображения

Призрачные изображения представляют собой яркие или темные линии, которые появляются на инфракрасных изображениях и не меняются вместе с целью, которая проявляется в виде слабого ореола.

Причина : Это вызвано неравномерной реакцией детекторного элемента инфракрасного детектора на инфракрасное излучение.

Характеристики призрачных изображений : Их глубина и детализация варьируются в зависимости от места действия и погоды, но общая форма одинакова для одного и того же детектора.

Метод калибровки : Эту проблему можно решить, выполнив калибровку по двум точкам на месте. Обычно во время калибровки на месте нацеливайтесь на низкотемпературную цель, например на чистое безоблачное небо, и нажимайте назначенную клавишу компенсации; затем нацельтесь на объект с относительно высокой температурой (вы можете выбрать закрытую крышку объектива) и нажмите клавишу компенсации. После завершения компенсации система автоматически рассчитает значение поправочного коэффициента K на основе фона, полученного в результате компенсации, и выполнит двухточечную коррекцию для устранения двоения изображения.

Предыстория : обычно относится к соответствующим ценностям, создаваемым самой природной средой без внешнего вмешательства человека.

3. Эффект крышки кастрюли

Такие факторы, как переключение поля зрения, регулировка фокуса, температура окружающей среды, удары и вибрация тепловизора, вызовут очевидные изменения в неравномерности, вносимой оптической системой, в результате чего выходное изображение тепловидения часто будет черным в в центре и яркие по краям и углам экрана. Это явление называется эффектом крышки горшка.

В процессе использования температура корпуса оптической системы увеличивается, в результате чего температура края линзы становится выше, чем в центре, или тепловое излучение корпуса достигает детектора через оптическую линзу, в результате чего уровень серого постепенно снижается. увеличение от центра к краю изображения. По мере того, как инструмент используется дольше, корпус объектива нагревается и эффект крышки кастрюли становится более выраженным.

Способ подавления «эффекта крышки кастрюли» инфракрасных изображений в реальном времени, характеризующийся следующими этапами:

Шаг 1. Включите инфракрасное тепловидение, подождите, пока изображение не станет стабильным (около 5 минут), и завершите коррекцию неоднородности изображения;

Шаг 2 : После завершения шага 1 подождите около 15 минут, пока не появится явление крышки кастрюли, и соберите изображение с эффектом крышки кастрюли для сцены равномерного теплового излучения;

Шаг 3. Путем статистического распределения гистограмм получается, что точка (x0, y0), ближайшая к центру изображения в относительно темных пикселях изображения, используется в качестве центра изображения эффекта крышки кастрюли;

Шаг 4 ; По разрешению и формуле изображения

Dmax=max Рассчитайте значение Dmax, Dmax — самая дальняя точка от (x0, y0) среди всех точек пикселей;

Шаг 5 : Согласно математической модели g(x, y) =a×r2+b×r4, где r — математическая модель, связанная с положением изображения, размер шага для a и b равен 0,1, а диапазон — [ -2, 2], итеративно решить g(x, y), а затем вычислить значение Ilight из Ilight=Iin×g (x, y), где Iin — исходные данные изображения, собранные в реальном времени, Ilight — аддитивный шум это должно быть обязательно, а Iout — это исходное изображение; Используйте Iout=Iin-Ilight и D(Iout)=∑|Iout-Iideal| найти значение D(Iin). D(Iout) — это разница между идеальным выходным изображением и фактическим выходным изображением. Сравните значение D(Iin), полученное из каждой группы a и b, и запишите комбинацию a и b с наименьшим значением D(Iin);

Шаг 6 : Используйте центр крышки горшка изображения (x0, y0), полученный на шаге 3, Dmax, рассчитанный на шаге 4, и комбинацию a и b, когда D(Iin) минимизируется на шаге 5, чтобы вычислить Ilight другой сцены. изображения в режиме реального времени. Используйте lout = Iin-Ilight, чтобы подавить явление крышки горшка с изображением в реальном времени.

4. Меры по предотвращению и улучшению.

·Коррекция неравномерности

Из-за ограничений процесса производства инфракрасного детектора каждый детекторный элемент инфракрасного детектора имеет разную скорость реакции на инфракрасное излучение. Вышеупомянутые ореолы и битые пиксели появятся на поверхности изображения, влияя на качество тепловизионного изображения.

Различные пиксели инфракрасной матрицы в фокальной плоскости имеют разные амплитуды выходного видеосигнала при одном и том же однородном падающем излучении. Это так называемая неравномерность отклика инфракрасной решетки в фокальной плоскости.

Коррекция неравномерности относится к техническим средствам, которые эффективно уменьшают неравномерность скорости отклика детектора (т.е. собственный пространственный шум детектора) и улучшают качество тепловизионного изображения.

Пространственный шум — это разница между выходными сигналами разных пикселей, когда тепловизор наблюдает за целью. Пространственный шум также можно разделить на низкочастотный пространственный шум (шум неравномерности) и высокочастотный пространственный шум (шум с фиксированной структурой FPN).

После коррекции неравномерности изображение тепловидения становится однородным, призраки и битые пиксели исчезают, а эффект изображения значительно улучшается, что может значительно улучшить наблюдательность тепловидения.

Обычно используемые методы коррекции : одноточечная коррекция, двухточечная коррекция, многоточечная коррекция и т. д.

Метод одноточечной коррекции: метод, который позволяет корректировать выходные сигналы каждого пикселя, чтобы они были согласованными. Этот подход заключается в корректировке значений отклика разных пикселей до одного и того же значения отклика при одинаковой интенсивности светового излучения, поскольку они находятся при одинаковом освещении. Это может быть среднее значение сигнала в данный момент времени или максимальное значение при данном условии.

Метод двухточечной коррекции является одним из часто используемых алгоритмов коррекции. Способ реализации заключается в том, что в качестве точек калибровки принимают условия излучения черного тела при двух температурах, используют детектор для получения однородного изображения инфракрасного излучения, когда источником излучения является черное тело при соответствующей температуре, и вычисляют отклики пикселей VL(i,j ) и VH(i,j) и средние отклики пикселей ¯VL и ¯VH, когда температуры черного тела равны TL и TH. Коэффициенты усиления a(i,j) и b(i,j) каждого пикселя получаются по формуле:

a(i,j)=¯VH-¯VL / VH(i,j)-VL(i,j)

b(i,j)= VH(i,j)^¯VL - VL(i,j)^¯VH / VH(i,j)- VL(i,j)

Скорректированный выходной отклик пикселя: ^V(i,j)= a(i,j) V(i,j)+ b(i,j)

В отличие от метода двухточечной коррекции, который просто использует линейную модель для замены фактической кривой отклика, многоточечный метод распознает кривую отклика. Для каждого сегмента полилинии метод двухточечного масштабирования используется для расчета соответствующих an(i,j) и bn(i,j), которые являются порядковыми номерами сегмента полилинии. После калибровки ряд параметров смещения an(i,j), параметров усиления bn(i,j) и откликов пикселей перед коррекцией, соответствующих конечным точкам сегментов линии, сохраняются для операций коррекции. Во время операции коррекции сначала определите интервал на основе отклика пикселя перед коррекцией, найдите an(i,j) и bn(i,j), соответствующие интервалу, и вычислите скорректированный выходной отклик пикселя ^V( я, к).

·Компенсация

Компенсация выполняется для получения исходных данных, необходимых для коррекции неравномерности. Для получения идеального инфракрасного изображения во время реальной работы тепловизора пользователю рекомендуется выполнять операции по компенсации тепловизора при его только включении или при длительной работе.

Метод компенсации : Цель компенсации может выбирать различные объекты с одинаковой температурой в зависимости от окружающей среды на объекте и целевых характеристик. Затем направьте тепловидение на цель компенсации однородности и сохраните исходные данные изображения в это время в качестве фоновых данных, необходимых для коррекции неравномерности.

Объект компенсации: Объекты с однородной температурой; Чистое, безоблачное небо; Встроенный затвор тепловизионной камеры.

·SDRAM и FLASH

Фоновое изображение, собираемое, когда тепловидение выполняет компенсацию, коэффициент коррекции, генерируемый коррекцией неравномерности, данные коррекции битых пикселей, а также некоторые параметры управления, необходимые для нормальной работы машины и т. д., все эти данные хранятся в памяти. память FLASH внутри машины. После включения тепловидения он автоматически переносит данные в формате FLASH в память SDRAM машины. Данные, загруженные в SDRAM, автоматически исчезают после выключения тепловидения.