[发明专利]一种多抽头EMCCD非均匀性综合校正方法

权利要求书

1.一种多抽头EMCCD非均匀性综合校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、将EMCCD安装于暗室的测试支架上，相机上电，打开制冷功能，积分球上电，等待相机达到预设制冷温度，积分球辐出照度稳定；

步骤(2)、屏蔽外界光源，打开积分球光阑，使相机处于明场环境中，通过上位机软件设置相机到能设置的最小曝光时间t_min；根据相机输出图像确定使所有像素均未达到饱和时的最大曝光时间t_max；得到相机在当前积分球辐出照度下的线性光响应曝光时间区间为[t_min,t_max]；

步骤(3)、关闭积分球光阑，关闭EMCCD倍增增益功能，设置相机为最小曝光时间t_min，通过相机上位机控制软件获取m₀幅暗场本底图像，计算m₀幅图像的暗场本底均值图像image_benDi(i,j)及其灰度均值image_benDiAve；所述步骤(3)中的m₀暗场本底图像数需满足：m₀≥2000；

步骤(4)、在线性光响应曝光时间区间[t_min,t_max]内均匀选取n₁个曝光时间点，关闭积分球，使相机处于暗场环境，获取相机在每个曝光时间点的m₁幅暗场图像；打开积分球，按照相同的步骤获取相机在每个曝光时间点的m₁幅明场图像；计算n₁个曝光时间点的明场均值图像与暗场均值图像之差，即得n₁幅均值明暗差图像；

步骤(5)、以n₁个曝光时间点作X，n₁幅均值明暗差图像作Y，进行线性拟合即可得到每个像素点的线性光响应系数k(i,j)、b(i,j)，对所有像素点求平均值即得全图的线性光响应系数均值k_ave、b_ave；所述步骤(4)、步骤(5)中的曝光点数n₁、图像数量m₁需满足：n₁≥20、m₁≥100；

步骤(6)、在曝光时间区间[t_min,t_max]内选择某一曝光时间t₀保持不变，打开EMCCD的倍增增益功能；相机的倍增增益为1时的增益电压为volt_min，相机的输出图像中像素均未达到饱和的最大增益电压为volt_max，得到EMCCD在当前照度与曝光时间下的倍增增益电压区间为[volt_min,volt_max]；

步骤(7)、相机的曝光时间t₀保持不变，关闭倍增增益功能，获取相机在当前状态的明场、暗场图像各m₂幅，计算均值明暗差图像，即相机在当前曝光时间的原始信号量image_{brightDarkDiff0}(i,j)，通过下述公式去除本底非均匀性与线性非均匀性对原始信号量的影响后，得到修正后的倍增前原始信号量sign_origin(i,j)，

步骤(8)、相机的曝光时间t₀保持不变，打开倍增增益功能，在区间[volt_min,volt_max]内选取p个增益电压点，采集EMCCD在不同增益电压点处的明场图像、暗场图像各m₂幅，按照步骤(7)中的方法计算相机在当前曝光时间与增益电压下经过倍增放大后的信号量image_{brightDarkDiffVoltX}(i,j)，去除本底非均匀性与线性非均匀性的影响后，得到倍增后信号量sign_voltX(i,j)，

步骤(9)、根据经过修正后的原始信号量sign_origin(i,j)与倍增信号量sign_voltX(i,j)可以得到不同增益电压volt_X下的真实倍增增益gain(i,j)与全图均值倍增增益gain_ave，

其中，hang代表当前EMCCD输出图像的总行数；lie代表当前EMCCD输出图像的总列数；

步骤(10)、以p个增益电压volt_x作X，以单个像素在增益电压下的p个真实倍增增益gain(i,j)作Y，按照下述公式进行指数拟合后，得到倍增增益修正系数c(i,j)与d(i,j)：

gain(i,j)＝exp[c(i,j)*volt_x^d(i,j)]

以p个增益电压volt_x作X，以在p个增益电压volt_x下的全幅图像真实倍增增益均值gain_ave作Y，按照下述公式进行指数拟合后，得到所有像素的平均增益修正系数c_ave与d_ave：

所述步骤(7)、步骤(8)、步骤(10)中的图像数量m₂、增益电压数p需满足：m₂≥100、p≥10；

步骤(11)、EMCCD相机输出的原始图像的非均匀性校正过程如下：

gain(i,j)＝exp[c(i,j)*volt_x^d(i,j)]

其中，(i,j)代表图中的第i行、第j列像素；image_origin为EMCCD输出的原始图像；image_benDi、image_benDiAve为步骤(3)获取的本底非均匀性校正系数；k(i,j)、b(i,j)、k_ave、b_ave为步骤(5)获取的光响应线性非均匀性校正系数；c(i,j)、d(i,j)为步骤(10)获取的倍增增益非均匀性校正系数；volt_x为EMCCD当前施加的增益电压值。