基于BP网络的图像增强器像元通道不一致性校正研究

像元通道响应不一致性是影响图像增强器检测能力的重要因素,因而有必要对不一致性进行校正。首先分析了传统的不一致性校正方法的缺点,然后提出了一种基于BP神经网络的像元通道响应不一致性的校正方法。该方法利用BP神经网络良好的非线性映射能力,对每一个像元通道进行输入-输出特性的反非线性逼近,同时利用实验数据进行了神经网络的训练。对比了校正前后的图像及标准差。     

TDI CCD像元响应不一致性校正算法

线阵TDI CCD遥感相机的不一致性校正对获取高质量的图像来说具有重要意义。主要对TDI CCD像元响应不一致性的校正算法及其硬件实现进行了深入的研究。对CCD的噪声特性进行了详细的分析,给出了像元响应不一致性(PRNU:Pixel-response non-uniformity)的退化模型及校正算法,并对其计算精度进行了分析,在硬件电路上对校正算法进行了验证,详细分析了影响校正效果的各种因素。实测结果表明,校正后图像的信噪比得到显著提高。     

双近贴式X射线像增强器成像不均匀性的分析与校正

分析了双近贴式X射线像增强器响应不一致性的产生机理,对每个像元建立了光电响应的数学模型.基于该模型,提出了一种改进的多点校正算法.该算法将对数曲线模型转化为线性响应模型,通过基于最小二乘法的两点拟合算法对图像数据进行校正.对比分析了校正前后图像的背景标准差及灰度分布曲线,实验结果验证了该方法的有效性.     

TDICCD拼接相机的像元响应非均匀性校正方法

为了解决光学TDICCD成像系统在拼接模式下的像元响应非均匀性问题,研究了TDICCD像元校正的原理和实现方法。提出了视频处理器在不同增益、不同偏置和TDICCD在不同积分时间下进行像元校正的方法,设计了在现场可编程门阵列（FPGA）平台下进行了程序实现和验证的方法。实验数据分析表明：成像系统单片TDICCD的非均匀性由4.72%降低到0.27%,恶劣环境下TDICCD成像系统的图像非均匀性可以降低2.55%。该像元级校正算法简单,可靠性高,能够满足星上成像的要求;在不同的增益、偏置和积分时间下能够很好地解决TDICCD成像系统的像元响应非均匀性问题。     

基于暗像元的Hyperion高光谱影像大气校正

大气是影响遥感定量分析与应用的重要因素。该文利用暗像元大气校正算法,在IDL平台下,从Hyperion传感器的可见光-近红外波段逐通道提取大气光学厚度信息,并利用该数据实现对Hyperion数据大气校正的目的。研究结果表明,大气光学厚度随着通道中心波长的增加而减小,即与中心波长成负相关。光学厚度与中心波长的最佳经验模型为线性模型,模型的回归系数为0.912 3。通过分析校正前后的水体光谱曲线可知,大气的衰减作用使得卫星遥感信号不能正确表现自然水体的表观光学特性和内在光学特性,且对水体样本层次变化不敏感。在蓝绿波段,大气对光谱数据的污染最为严重,该波段的光谱特征与自然水体的理论光学特性完全相背离。由大气光学厚度光谱特性和自然水体光学特性可知,经过暗像元算法校正过的影像数据的质量得到显著改善。在缺少同步大气垂直剖面参数的情况下,暗像元算法将是Hyperion数据一种行之有效的大气效应消除方法。     

射线检测数字实时成像的不一致性研究

在基于PaxScan4030平板探测器技术的射线检测中,输出图像的像质除受系统噪声的影响外,同时还受探测器固有的光电响应不一致性的影响。通过对影响平板探测器输出图像质量的分析,建立了探测器响应不一致性校正模型。在用常规叠加方法去除噪声的同时,利用校正因子对采集图像进行实时校正,以改善系统性能,提高成像质量。通过实验数据分析和对校正前后输出图像的比较,验证了此方法的可行性,从而为射线检测提供了一种有效的校正方法。     

射线面阵探测器成像系统校正研究

基于线性、移不变理论,对射线面阵探测器成像的特性和系统成像所呈现出亮度不均匀的原因进行分析研究.通过分析线性系统成立的假设条件,给出了对实际成像中各像元点阵的偏置、灵敏度进行逐点校正的公式.在实验室,对基于PaxScan2520 面阵探测器的成像系统进行成像校正研究,取得了满意的效果,噪声得到有效的抑制,成像的不一致性得到改善.当检测较厚工件或工件厚度变化较大时,系统成像超出其线性范围,给出了二次校正的方法和公式,也取得了满意的效果.     

TG-2/MAI CCD像元响应特性不一致性的在轨分析及校正

CCD像元响应特性的差异是制约MAI成像质量及其数据定量化应用的主要因素之一。为了提高MAI数据质量,本文基于全量程多段分析与校正法,利用2016年9月至2018年3月期间共104403帧观测数据,分别对MAI偏振通道和非偏振通道的像元响应特性的不一致性开展了在轨分析与校正,并利用GOME-2和MODIS数据产品对校正结果进行了验证。首先,假定观测样本足够多,即每个CCD像元观测的样本具有相同的遍历性,则各CCD像元对应的所有样本的平均DN值可以代表CCD各像元的响应特性;其次,利用104 403帧观测数据构建各个通道的参考图像,并利用MAI中心5×5像元给出各参考图像对应的标准DN值;在此基础上分别对MAI偏振通道和非偏振通道开展了像元响应特性的分析,结果表明,MAI各通道均存在CCD像元响应特性不一致的问题,各通道的不一致性大约在4%～10%之间,对偏振通道而言,同一偏振波段的三个偏振通道之间像元响应特性的不一致性有一定的相似性,像元响应特性不一致性的差异基本在1%以内。然后,将MAI近两年的观测数据分为前后两个时间段进行对比分析。结果表明：前后两个时间段偏振通道和非偏振通道的图像均具有很好的一致性,即CCD像元响应特性未随时间发生显著变化,这也进一步验证了前面MAI数据量充足的假定。因此,可以利用全量程多段校正法逐通道逐像元开展CCD像元响应特性不一致性的校正。基于该方法校正后,MAI图像质量得到显著改善,图像四周响应偏低的区域明显改善,基本和周围像元的响应达到了同一水平;图像更加平滑,颗粒感基本消除;部分区域的场景发生了变化,特别是碎云等反射率介于中低反射率之间的目标。基于GOME-2的交叉对比结果表明,MAI 565,670和763 nm波段反射率与GOME-2的参考反射率之间的平均绝对偏差分别由校正前的1.6%,4.2%和2.2%减小至校正后的0.5%,2.6%和0.4%;此外,基于多通道云识别方法开展的云检测表明,校正后的MAI云检测结果与MODIS云检测产品一致性更好。因此,全量程多段校正方法可以有效解决MAI CCD像元响应特性的不一致性,显著提高MAI在轨观测的质量,且该方法也可以应用于其他CCD仪器的在轨校正。     

影响X射线像增强器分辨率的因素分析

对采用双近贴聚焦成像结构的MCP(Micro Channel Plate)-X射线像增强器的工作原理与结构进行了分析,对影响其空间分辨率的主要因素进行了研究.影响X射线成像系统分辨率的因素主要有X射线源焦斑的大小和X射线像增强器自身的分辨率,而影响X射线像增强器分辨率的因素主要有MCP输出面到荧光屏之间的距离、MCP输出面与荧光屏之间的电压差以及MCP自身的分辨率.通过对两种具有不同参量的X射线像增强器分辨率的理论计算及分辨率测试实验,将理论计算结果与测试实验结果对比,验证了分辨率计算公式及影响分辨率因素分析的正确性.     

基于K-Means算法的CMOS成像器件像元响应特性分类

由于生产工艺灰尘、坏像素等多种因素都会造成CMOS像元辐射响应特性不一致,影响成像系统的图像质量,因此,能够高效快速地测出异常像素的位置和大小是图像处理过程中必要的预处理技术。通过实验分析了固体成像器件像元的响应特性,提出了一种基于K-Means算法的CMOS像元响应特性分类方法,该方法根据像元像素值存在的差异,不仅能够有效地检测出异常像元,而且可以对异常像元进行分类。实验表明,该方法能有效地检测出CMOS器件中异常像元的位置,和异常像元区域大小与传统的"3σ"算法相比,该方法对异常像元区域查找速度快,定位准确。     

基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计

为提高某中波红外探测器的图像质量,设计了基于FPGA的红外图像实时处理系统,系统能够完成实时的非均匀性校正与盲元补偿处理。介绍了目前常用的非均匀性校正、盲元识别和补偿算法,并结合实际工程需求采用多点法进行非均匀性校正以及8点平均法进行盲元补偿。在仿真实验成功的基础上,基于FPGA平台构建了硬件平台。系统可以实现系数自定义更新,可以手动或自动完成非均匀性较正系数计算,以及实现盲元列表的自动更新操作。利用某国产中波红外探测器对处理系统进行了测试试验,实验结果表明:校正后图像非均匀性0.3%,盲元率0.001%。系统工作稳定、可靠,图像处理满足实时性和精度要求。     

基于混合高斯模型的红外图像自适应校正算法

针对传统时域高通滤波校正算法存在的鬼影问题,提出一种新的基于混合高斯模型的红外图像自适应校正算法。新算法利用混合高斯模型对场景进行建模,只有在像元输出值满足一定条件的时候,才将其更新到校正系数中,实现有选择性地更新校正系数。通过一组仿真和真实的红外图像序列评价算法的性能,仿真图像采用峰值信噪比指标进行定量评价,新算法比传统时域高通滤波校正算法的峰值信噪比提高了约9 dB。真实图像采用主观的定性评价,传统算法校正结果中存在着明显的鬼影,而新算法校正结果中不存在鬼影。     

线阵TDI CCD遥感相机非均匀性校正的研究

线阵TDICCD遥感相机的非均匀性标定对获取高质量的图像来说具有重要意义。由于线阵TDICCD、透镜等主要部件的生产过程与工艺过程的控制和材料的种类及性质的影响,所以使所获取的图像是非均匀的,在图像上表现为水平纹理。分析了非均匀性校正的算法。根据线阵TDICCD相机像素光电响应不一致的特点,运用了两点定标的非均匀性校正的算法。最后对校正前后的图像的标准方差进行了比较,得到了令人满意的结果。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

基于自适应扩散模型的单帧红外条纹非均匀性校正算法

针对红外焦平面成像系统存在列向条纹非均匀性的现象,采用了一种基于自适应PM扩散模型的非均匀校正新算法。首先,综合利用图像梯度信息和局部灰度统计信息,自适应计算PM模型的扩散阈值;然后将每列像素的PM模型估计值作为该列像素的期望值;最后采用最陡下降法迭代计算得到每列像元的校正参数,并对结果进行循环校正以提高校正效果。实验结果表明:该算法可以保护图像边缘信息,与同类算法相比,能够更有效地抑制条纹非均匀性,并且能够防止图像产生鬼影。     

一种基因芯片光学扫描图像倾斜校正方法研究

针对在基因芯片光学扫描时产生的图像倾斜问题,提出了一种基于像素灰度的芯片图像倾斜校正方法。结合基因芯片图像的结构特点,基于行、列方向像素灰度定义芯片图像的校正指标。在角度检测范围内,利用折半搜索方法,基于校正指标来检测芯片图像的校正角度和芯片图像的校正位置。实验结果表明,该方法能有效地检测多类基因芯片图像的倾斜角度,具有较强的鲁棒性和实用性。     

A two-frame approach for scene-based nonuniformity correction in array sensors

This paper introduces a new scene-based technique to correct the fixed-pattern noise (FPN) in array sensors. This method registers a pair of image frames exhibiting small relative scene translation and then the noise pattern can be reconstructed using the constrained least-squares estimation. The key advantage of this technique is that the accurate estimates of the bias nonuniformity can be obtained with only two images, without imposing any assumptions on the structure of the FPN. Besides, the method works on almost static scene, and therefore does not require larger scale global motion and statistical assumptions on the scene irradiance. We test our method on synthetically generated FPN as well as with real infrared data, and experimental results demonstrate the significant reduction in FPN, validating the effectiveness of our approach. Finally, we validate the feasibility and validity of using the proposed method as a first step fostering the success of more sophisticated registration-based time-evolving correction algorithms.     

CMOS monolithic pixel sensors research and development at LBNL

This paper summarizes the recent progress in the design and characterization of CMOS pixel sensors at LBNL. Results of lab tests, beam tests and radiation hardness tests carried out at LBNL on a test structure with pixels of various sizes are reported. The first results of the characterization of back-thinned CMOS pixel sensors are also reported, and future plans and activities are discussed.