红外成像非均性校正方法研究及其实现(2)

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1.2 红外成像技术的发展现状和前景

红外成像技术是指将红外热辐射转换成可见光的波长转换技术。在自然界中，凡是高于绝对零度的物体，都会向外界发出红外辐射，利用景物温度辐射和发射率间的差异获得图像的细节，这样就可以将红外图像转换成可见图像。利用红外成像技术，可以在漆黑的夜晚辨别前面的物体，这对军事作战，侦查等方面起了很大的作用，由于其隐蔽性好，不易受干扰，识别伪装的特点，被广泛的应用于军事领域。

自从科学家们发现了红外线后，在二次世界大战的时候，一个德国人发明了红外变像管，自此，人们能够第一次观察非可见光的光谱。通过将红外变像管作为光电转换器件又研制出了主动红外成像系统，奠定了红外发展的技术。该系统最开始适用于第二次世界大战，但是因为该系统是主动红外成像即需要外部光源，很容易就会暴露被发现，由于这个缺憾导致该系统只能被淘汰。后来经过不断的探索，又研制了被动红外成像系统，由此，红外探测技术得到很大的发展，将人眼的观察范围有可见光向远红外发展。从六十年代开始，随着半导体物理等工艺技术和大规模集成电路的发展，探测器从单元向多元线列，小面阵，长线列和大面阵阶段，性能得到很大的提升。红外系统体积逐渐变小变轻便，并由军用开始向民用领域发展。到了九十年代，仪器已经可以像手持摄像机一样便捷。到了二十一世纪，经过了三十多年的发展，红外热成像技术已经非常的成熟并被广泛用于各个行业，如监控测温，安全卫生，故障诊断维护，救援探测等各方面。论文网

1.3 红外焦平面非均匀性的产生和影响

红外焦平面阵列在我国起步比较晚，与起步较早的美国，法国，英国等国家相比，研究水平还有很大的差距。红外焦平面阵列探测器的出现，在红外成像技术史上是一个划时代的进步，用红外焦平面探测器构成的红外成像系统相对于以前的系统具有结构简单，工作状态稳定，灵敏度高，噪声等效温差性能好等优点。

红外非均匀性是随着红外焦平面阵列的发展而被人们所发现的，单元成像并不会出现非均匀性问题，而多元成像就涉及到了。对于红外焦平面中的非均匀性的严重后果，国内外相关部门已经予以高度重视，从七十年代起一直到现在，国内外的学者们已经探讨出许多的非均匀性算法，有些已经被用到实际当中，红外焦平面阵列有扫描和凝视两种工作方式。由于放弃了放大器与探测器单元一一对应的工作模式，因此对于空间均匀性的要求就更高了，因为工艺水平的不完善及其它一些因素的限制，导致其内部每个光敏元的响应率也不尽相同，直流偏置也不一样，这种响应和偏执的非均匀性使得成像系统即使在均匀照射下所产生的图像亮度不一样，出现许多亮斑和条纹，这就是红外焦平面非均匀性，他的直接后果就是导致系统的温度分辨率下降，是图片质量受到严重影响。最开始是在二十世纪中期，那时国外就已经成功制造出32×32元阵列规模的红外焦平面探测器阵列器。三十年来，红外探测技术已经从当初的第一代单元线阵列器件发展到第二代的二维时间延迟积分的凝视阵列。红外焦平面阵列正在向高密度集成探测器元，高性能，高可靠性，微型化，非制冷工作和军民两用技术的方向发展，而且正在由TDI和凝视IRFPA技术向第三代更加小型化的高密度高性能IRFPA技术发展。

最近的十几年，由于红外焦平面阵列探测器的大规模应用，国内外的一些专家学者研究了许多的红外非均匀性的处理方法。总结下来有两种方法：一.基于定标的校正方法，又细分为一点定标校正，二点定标校正和多点定标校正；二.基于场景的校正方法。分为场景统计法，神经网络法和滤波法等。在这些研究方法中，主要的研究方法应该是基于参考源的校正方法，但是该方法要求对系统进行周期性的重复定标来消除红外焦平面阵列探测器和红外成像系统参数漂移的影响。这种方法增加了系统的复杂性，使系统变得不可靠，降低了响应速度。基于场景的的校正方法省去参考源，这就使得系统的流程得到很大的简化，并且提高了系统的流畅性，稳定性。并且它不需要考虑红外成像系统特性参数是否会发生漂移，能够提供非均匀性校正的精度和范围。基于场景的非均匀性校正是从实际的场景提取校正参数，因此他不需要额外的红外参照源，这就使得系统变得简洁，不会受到空间非均匀性及周期定标的问题的影响。这些正是自适应性校正所独有的优点。虽然在最近几十年内，基于场景的均匀性校正方法得到了很大的关注和发展，但是就目前的研究水平和硬件方面的限制，这种方法仍然只是停留在软件仿真和理论方面，很难真正的实现。但是随着科技水平的提高，在未来的算法中，这种方法有着很大的发展空间。