[发明专利]一种成像光谱仪CCD光谱图像暗电流校正方法

摘要

本发明公开了一种成像光谱仪CCD光谱图像暗电流校正方法，首先将CCD光谱维暗像元响应平均值作为对应空间维平均暗电流，形成整个像面的平均暗电流。然后，根据不同亮度下光谱图像计算出暗像元响应非均匀性校正矩阵。将像面平均暗电流与暗像元校正矩阵相加得到像面实际暗电流。最后通过扣除实际暗电流实现CCD光谱图像暗电流校正。本发明实现了基于CCD暗像元的光谱图像暗电流校正，消除了暗信号响应非均匀性噪声，方法可靠且简单易行，有利于提高成像光谱仪成像质量。

主权项

一种成像光谱仪CCD光谱图像暗电流校正方法，其特征在于：利用CCD成像区两侧的暗像元进行整个像面的暗电流估计，利用两幅亮度不同的光谱图像得到二维成像面的暗电流非均性矩阵，以此计算出图像实际暗电流水平，将其扣除实现光谱图像暗电流校正，具体实现方法如下：步骤1、根据CCD暗像元作为暗电流参考，将CCD每一行暗像元响应平均值作为其所在空间维位置暗电流，以此可得到整个像面平均暗电流信号，假设暗像元位于9～24列，1049～1064列，共32列，暗像元响应值是由于CCD暗电流产生，且每行暗电流基本一致，将每行暗电流平均值可表示为：DN‾(i)=132(Σj=9j=24DNij+Σj=1064j=1072DNij)---(1)]]>将每行暗像元响应平均值作为该行成像面暗电流水平，形成像面暗噪声平均值矩阵：步骤2、暗电流噪声可表示为暗电流噪声信号平均值与暗信号响应非均匀性偏差之和，下面利用不同亮度的光谱图像计算得到暗信号响应非均匀性偏差矩阵，具体方法是：首先在相同CCD制冷、相同CCD增益、相同积分时间条件下，光谱仪采集两幅不同亮度光谱图S1和S2，可知两幅图像暗电流信号是相等的，可表示为：S0(x,y)=DN(I0)+DN‾+Δd(x,y)---(3)]]>S1(x,y)=DN(I1)+DN‾+Δd(x,y)---(4)]]>其中S0(x,y)、S1(x,y)为不同亮度图像总信号值，DN(I0)、DN(I1)为不同亮度图像光响应信号，Δd(x,y)为暗信号响应非均匀性偏差矩阵，然后，通过图像信号很容易得到和假设亮度I0>I1，加入比例因子现将S1(x,y)放大k倍后，再减去S0(x,y)，即S’(x,y)＝k S1(x,y)‑S0(x,y)＝(k‑1)Δd(x,y)，整理后得到：Δd(x,y)=k·S1(x,y)-S0(x,y)k-1---(5)]]>因为暗电流信号强烈依赖于温度，如温度有偏差，需要进行温度偏差校正，这里假设温度稳定无偏差；步骤3、根据步骤1和步骤2的结果计算图像暗电流水平，DNdark(x,y)为图像暗电流水平，；步骤4、由于测试光谱时会根据实际情况调整CCD增益和积分时间，应对步骤3进行增益放大倍数和积分时间转换，将其转换为与原始输入光谱图像相同的增益和积分时间，DN’dark(x,y)＝DNdark(x,y)·fgain·fex，其中fgain为原始图像增益与当前增益之比，fex为原始图像积分时间与当前积分时间之比；步骤5、根据步骤4对光谱图像进行暗电流扣除，实现光谱图像校正，计算公式为：S′(x,y)＝S(x,y)‑DN’dark(x,y)，其中S(x,y)为原始光谱图像灰度值，S’(x,y)为经暗电流校正后的光谱灰度图像。