[发明专利]一种线性与非线性滤波器相结合的非均匀性校正方法

摘要

本发明公开了一种线性与非线性滤波器相结合的非均匀性校正方法，在对线性校正图像进行空间平滑滤波得到真实场景的估计图像时，如果非均匀性水平较高，使用模板为11x11的均值滤波，否则，使用模板为5x5的非线性平滑滤波，在实现边缘保持滤波的同时，计算校正参数的自适应迭代步长，进行异常像素（坏元、冲激噪声）检测与替换，以滤波输出图像作为对真实场景的估计图像，利用变化参考图像实现变化检测，只有当校正图像与变化参考图像的差异大于变化阈值时才对非均匀性校正系数进行迭代更新。本发明既具有线性平滑滤波器平滑作用大、收敛速度快的优点，又具有非线性平滑滤波的边缘保持特性，而且计算复杂度较低，适合硬件电路实现。

主权项

一种线性与非线性滤波器相结合的非均匀性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1 0 1：逐帧接收红外焦平面输出图像序列，对每一帧当前图像，依据图像中每个像素位置的当前增益、偏移校正参数值进行线性校正，得到校正图像，校正公式如下：yij(n)＝gij(n)xij(n)+oij(n)其中yij(n)为校正图像，xij(n)为焦平面输出图像，i和j分别表示像素的行、列位置，n表示当前图像在红外焦平面输出图像序列中的序号，gij(n)、oij(n)分别为当前增益、偏移校正系数。如果当前图像为第一帧，且已对红外焦平面阵列进行过基于黑体的标定，则以标定得到的增益、偏移校正值作为gij(n)和oij(n)，否则取gij(n)=1，oij(n)＝0。如果当前图像不是第一帧，则采用前一帧的校正参数更新值作为gij(n)和oij(n)；步骤102：判断当前图像非均匀性水平是较高还是较低，如果当前图像非均匀性水平较高，则转入步骤103；如果当前图像非均匀性水平较低，则转入步骤104；步骤1 03：对校正图像进行模板为11x11的均值滤波，并以滤波后的图像作为真实场景的估计图像，以校正图像与估计图像的差值作为误差图像，并计算误差图像的绝对均值，用当前图像的误差图像绝对均值与前一帧图像的误差图像绝对均值之比衡量误差变化程度，如果该比值接近1，则将当前图像非均匀性水平stuck递增1，否则将stuck清零，具体公式如下：eij(n)＝yij(n)‑tij(n) ame ( n ) = 1 MN Σ i = 1 M Σ j = 1 N | e ij ( n ) | ratio(n)＝mae(n)/mae(n‑1)如果1‑α≤ratio(n)≤1+α，则 stuck＝stuck+1，否则 stuck＝0其中yij(n)为校正图像，tij(n)为估计图像，eij(n)为误差图像，ame(n)为误差图像绝对均值，ratio(n)为当前误差图像绝对均值与前一帧误差图像绝对均值的比值，α为预先设置的常数，且0＜α＜0.1；步骤104：对校正图像进行模板为5x5的非线性平滑滤波，以滤波输出图像作为对真实场景的估计图像，并将校正图像与估计图像相减，得到误差图像，具体公式为eij(n)＝yij(n)‑tij(n)，其中yij(n)为校正图像，tij(n)为估计图像，eij(n)为误差图像。非线性滤波器同时实现异常像素（坏元、冲激噪声）检测与替换并计算校正参数的自适应迭代步长；步骤105：将校正图像与变化参考图像相减后取绝对值，将所得差值图像的每个像素值与变化阈值比较，如果像素值大于变化阈值，则设置迭代步长为预先设定的固定迭代步长或步骤104中得到的自适应迭代步长，同时更新变化参考图像中对应像素位置的值；否则，设置迭代步长为0，同时保持变化参考图像中对应像素位置的值不变。具体公式如下： η ij ′ ( n ) = η ij ( n ) , | t ij ( n ) - z ij ( n ) | > T 0 , else z ij ( n + 1 ) = t ij ( n ) , | t ij ( n ) - z ij ( n ) | > T z ij ( n ) , else 其中ηij(n)为11x11均值滤波器使用的固定迭代步长或5x5非线性平滑滤波的自适应迭代步长，η′ij(n)为实际迭代步长，tij(n)为目标图像，zij(n)为变化参考图像，zij(n+1)为用于下一帧的变化参考图像。T为变化阈值。zij(n)的初始值设置为大于输入图像最大值；步骤106：执行非均匀性校正参数的更新，具体公式如下：gij(n+1)＝gij(n)‑η′ij(n)eij(n)·yij(n)oij(n+1)＝oij(n)‑η′ij(n)eij(n)其中gij(n+1)为更新后的增益校正参数，oij(n+1)为更新后的偏移校正参数，η′ij(n)为步骤105得到的迭代步长，eij(n)为步骤103或104得到的误差图像，yij(n)为步骤101得到的校正图像；步骤107：重复以上步骤101至106，直到红外焦平面输出图像的所有帧都处理完毕为止。