[发明专利]一种前置偏振片式红外偏振成像系统的辐射校正方法

摘要

本发明公开的一种前置偏振片式红外偏振成像系统的辐射校正方法，涉及红外偏振成像系统的辐射校正方法，属于图像处理和测试计量技术领域。本发明对移除检偏机构的红外成像系统进行图像灰度—辐照度映射关系标定；然后，使用红外偏振成像系统获取同一场景检偏通道和强度通道的灰度图像，根据拟合得到的标定关系对采集的灰度图像进行从灰度到辐照度的换算；最后，根据前置偏振片式红外偏振成像系统检偏环节的穆勒矩阵求解斯托克斯参量和偏振片反射辐射及自身辐射，完成对斯托克斯参量的校正。本发明能够消除前置偏振片反射辐射及自身辐射对偏振成像测量造成的不利影响，降低场景辐射偏振参量的测量和计算误差，提高系统偏振信息的准确性。

主权项

1.一种前置偏振片式红外偏振成像系统的辐射校正方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1，对移除前置偏振片后的单通道旋转偏振片式红外偏振成像系统进行图像灰度‑辐照度映射关系标定；步骤1.1，首先，使用移除前置偏振片后的单通道旋转偏振片式红外偏振成像系统获取面型黑体辐射源在不同温度下的红外灰度图像；室温环境下，在移除前置偏振片后的单通道旋转偏振片式红外偏振成像系统正前方10倍焦距以外放置面型黑体辐射源，将黑体温度变化范围设为包含热像仪拍摄场景的常规温度范围，温度范围为298.15K～393.15K，间隔采样温度值，并使用待标定红外成像系统拍摄一组清晰的黑体辐射源图像；所述的间隔采样为每隔5K采样一个温度值；步骤1.2，拟合图像灰度‑辐照度映射曲线，即完成红外热成像系统的图像灰度‑辐照度映射关系标定；计算步骤1.1中每组图像黑体辐射源占据部分的平均灰度，并根据黑体辐射发射率和普朗克公式计算黑体辐射源在成像系统响应波段的辐射出射度；之后根据计算数据拟合图像灰度‑黑体辐射出射度映射关系曲线，即完成红外热成像系统的图像灰度‑辐照度映射关系标定；由于辐射出射度与探测器接收照度成正比，以下用辐射出射度代替辐照度；根据黑体热图像平均灰度计算公式(1)计算步骤1.1中每组图像黑体辐射源占据部分的平均灰度，式中，为黑体部分平均灰度，G为图像灰度，A为图像中黑体占据的像素区域；根据黑体辐射出射度计算公式(2)计算黑体辐射源在成像系统响应波段的辐射出射度，式中，M为面型黑体辐射源在成像系统响应波段的辐射出射度；εBB为黑体辐射源的辐射发射率，λ1、λ2分别为成像系统响应波段的波长下限和上限，c1、c2分别为第一、第二辐射常数；对根据公式(1)计算出的黑体热图像平均灰度和根据公式(2)计算出的黑体在成像系统响应波段的辐射出射度进行拟合，拟合曲线形式为公式(3)，式中，a、b分别为增益和偏置系数，γ用于表征输出信号与输入辐射量间的非线性效应；步骤1.2拟合方法为非线性最小二乘法或置信域方法；步骤2，使用单通道旋转偏振片式红外偏振成像系统拍摄场景，获取同一静态场景的强度通道和检偏通道的灰度图像；采集强度通道图像时不安装偏振片，直接获取来自场景的入射辐射；采集检偏通道图像时安装偏振片，且总共需要采集三次，三次采集前旋转前置偏振片，使偏振片透过方向与水平方向夹角依次为θ0、θ1、θ2，三个角度互不相同；根据标定映射关系式(3)将图像灰度换算为辐照度；对于换算后的检偏通道图像和强度通道图像中的所有像素按照公式(4)进行运算，求解出正确的入射辐射斯托克斯参量和偏振片的反射辐射及自身辐射：式中，I0、I1、I2分别为θ0、θ1、θ2检偏通道图像像素灰度经换算得到的辐照度值，INP为强度通道图像像素灰度经换算得到的辐照度值；τ1、τ2分别表示前置偏振片主方向及其正交方向的能量透过率；ρ表示偏振片后端光学系统的能量透过率，当仅关注斯托克斯参量的相对大小时为0～1之间不为0的任意值；I、Q、U分别表示入射辐射斯托克斯矢量的强度分量、水平/竖直线偏分量以及+45°/‑45°线偏分量，r表示前置偏振片的反射辐射和自身辐射；至此，完成对斯托克斯参量的校正。