紅外焦平面陣列是目前紅外成像系統(tǒng)的主要探測(cè)器件。由于制造工藝的差別、放大電路以及環(huán)境溫度等原因，會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器每一個(gè)像元對(duì)光的響應(yīng)產(chǎn)生差距，表現(xiàn)為圖像中不同區(qū)域的亮度或色彩表現(xiàn)不一致，進(jìn)而影響實(shí)際的成像效果，這就是非均勻性。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們將相機(jī)對(duì)著一個(gè)均勻場(chǎng)景進(jìn)行拍照的時(shí)候，假定場(chǎng)景理想均勻，所有像素的灰度值也并非一致。直觀來(lái)說(shuō)，紅外圖像中的不規(guī)則條紋就是紅外焦平面陣列非均勻性的體現(xiàn)。

短波紅外相機(jī)的“非均勻性校正"是指對(duì)短波紅外相機(jī)成像中存在的非均勻性進(jìn)行校正和補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。非均勻性校正的目的是消除或減小這種非均勻性對(duì)最終圖像質(zhì)量的影響，以確保相機(jī)輸出的圖像在不同位置或條件下具有較為一致的性能和表現(xiàn)。

當(dāng)探測(cè)器不加任何校正算法時(shí)，所拍攝的圖像如下圖1所示。從這個(gè)圖片我們可以清楚的看到豎條紋，這便是非均勻性的直觀表現(xiàn)。這種非均勻性嚴(yán)重影響到了正常的成像，這顯然是不符合我們觀測(cè)和拍攝的要求。

圖1 不加校正的原圖

圖2 校正后場(chǎng)景圖像

將圖1和圖2進(jìn)行對(duì)比，可以明顯看到場(chǎng)景的成像效果得到改善，符合我們正常的觀測(cè)效果。對(duì)于普通場(chǎng)景拍攝就有如此大的差異，更不用說(shuō)短波相機(jī)在天文學(xué)、成像醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，所追求的成像要求更加嚴(yán)格，這便是非均勻性校正的必要性。

接下來(lái)，我們將展示非均勻性校正對(duì)于探測(cè)器成像的影響。我們?cè)诎祱?chǎng)條件下，采集相機(jī)的本底圖片，可以明顯的看到很多豎條紋（圖3），這便是探測(cè)器響應(yīng)的不一致性；而進(jìn)行非均勻性校正之后，豎條紋全部消失（圖4）。

圖3 均勻性很差的本底圖像

圖4 校正后的本底圖像

通過(guò)采集多張灰度圖像，作為校正數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理后，我們使用這些校正數(shù)據(jù)對(duì)探測(cè)器的響應(yīng)進(jìn)行理論計(jì)算，對(duì)圖像中的不同區(qū)域進(jìn)行灰度調(diào)整，最終得到圖4的效果。

無(wú)論是從直觀感受還是理論數(shù)值上，都可以明顯看到非均勻性校正對(duì)改善成像的重要意義。

我們以圖3和圖4為例，當(dāng)對(duì)同一行的像素進(jìn)行橫向灰度截取，得到如下兩張圖片。

圖5 校正前的橫向灰度變化

圖6 校正后的橫向灰度變化

由上圖可以看到，校正前的灰度范圍更大，變化更為雜亂；而校正后灰度范圍較小，且整體更緊湊。圖5表現(xiàn)的很像泛起的波浪，變化十分的劇烈；而圖6表現(xiàn)的更加平靜，變化趨勢(shì)較小。

相機(jī)非均勻性校正對(duì)于各種圖像應(yīng)用都具有重要意義，是現(xiàn)代成像技術(shù)中重要的一環(huán)，它通過(guò)消除圖像中的非均勻性，提高了圖像的質(zhì)量和可靠性，為各種應(yīng)用提供了更加優(yōu)質(zhì)和精準(zhǔn)的成像工具。隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，相信相機(jī)非均勻性校正將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其重要價(jià)值。