[发明专利]一种去除EMCCD图像亮点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除EMCCD图像亮点的方法，属于电路技术领域。

背景技术

电子倍增CCD（Electron Multiplication CCD，简称EMCCD），是一种新型的全固态微光成像CCD，也称作可控电荷CCD，与传统CCD探测器的主要区别在于在读出寄存器和输出放大器间嵌入了倍增寄存器以实现电子增益。EMCCD的工作过程为：成像区经过光电效应产生了大量的光生电子，即信号电荷；周期脉冲激励使累积的信号电荷向存储区转移，经读出寄存器，最后移至倍增寄存器；在倍增寄存器中，信号电荷发生了碰撞电离效应，实现了电荷倍增；周期脉冲激励使倍增信号经输出放大器输出。对于传统CCD而言，读出噪声为主要噪声源，限制了普通CCD的极限工作频率，由EMCCD的结构和工作原理可知，EMCCD中的信号电荷在放大输出之前已实现电荷倍增，因此可简单有效地克服读出噪声对器件工作频率的限制，使有效读出噪声小于一个电子。电子倍增的出现大大提高了微光成像器件的性能，是微光成像领域的重大突破，鉴于其优越的成像质量，电子倍增CCD成像系统在军事侦察、天文观测、生物医学等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景^[1-4]。但在微光条件下，由于信号在输出放大器输出之前，经过了信号电荷的倍增，半导体所产生的暗电流也随着信号电荷的倍增而逐渐增大，不仅会引起附加的信号噪声，而且还会形成一个暗信号的图像，叠加到光信号图像上，引起固定的图像噪声。随着倍增增益的增大，引入的暗电流噪声会迅速增强，成为EMCCD输出图像中的主要噪声源，从而使获得图像上叠加了一层高频闪烁的亮点，降低了图像整体质量。所以需要寻找有效抑制暗电流噪声的方法，提高EMCCD成像性能。暗电流噪声主要有3部分组成：耗尽暗电流、表面暗电流和扩散暗电流。这些热噪声对温度有很强的依赖性，其会随温度的降低而减少，随积分时间的增长而增大。目前降低暗电流噪声的有效方法大体可分为三种：对器件进行制冷，如用热电冷却器（TEC）进行制冷；使器件在反转模式下工作，如采用多针相模式（Multipinned Phase Mode,MPP）;减少EMCCD的工作积分时间。但这些方法十分复杂,还涉及到器件工艺技术，需要的成本比较高。图像处理是一种快速有效、低成本的去除图像噪声的方法，常用的去噪方法有中值、均值滤波等，但传统的中值和均值滤波在滤除噪声的同时会使图像的细节模糊，边缘变得不清晰。南京理工大学有人对此也进行了一些研究，在《EMCCD图像自适应模糊中值滤波算法研究》一文中，针对电子倍增CCD图像噪声密度随着增益的变化而变化，提出了一种基于噪声点检测的自适应模糊中值滤波算法^[5]。同时，由于该算法引入了模糊集合理论和自适应模块，算法相对比较复杂，计算量大。

发明内容

本发明的目的是根据现有EMCCD器件成像的图像特点，设计一种检测去除图像亮点、提高图像质量的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种去除EMCCD图像亮点的方法，步骤如下：

第一步：计算获取判断EMCCD图像亮点的阈值：通过计算灰度差的概率和来获取图像亮点的判断阈值。

第二步：检测EMCCD图像的亮点：通过遍历图像和阈值比较，检测图像亮点所占的其中一个像素点。

第三步：检测EMCCD图像亮点边缘：由于亮点所占的像素点不止一个，以第二步检测的亮点为中心，对其周围区域的像素点进行检测，找出亮点的边缘。

第四步：去除EMCCD图像上的亮点：针对检测出来的亮点，通过局部小区域均值的处理来去除图像上的亮点。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明通过对常用简单的图像处理方法运用，有效地完成了去除EMCCD图像上亮点的目的，算法简单易于编码实现。

2、本发明采用计算灰度差出现的概率，来计算得到判断亮点的阈值大小，这样相比人工对图像数据的经验估计，减小了估计的误差，结果更加准确。

3、本发明在程序实现中考虑了灰度图像灰度差值的范围是固定的，并且范围不大，即采用了一种建立灰度差查找表的方法，便于重复使用，来提高了程序的执行速率。

附图说明

图1为去除EMCCD图像亮点流程图。

图2为去除亮点前的灰度图。

图3为亮点判断阈值选取示意图。

图4为亮点检测到的效果图。

图5为阈值35去除亮点后的灰度图。

图6为阈值29去除亮点后的灰度图。

图7为阈值50去除亮点后的灰度图。