بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله چند نوع تصحیح غیر یکنواختی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس روش جدیدي به نام " تصحیح چند نقطه اي " معرفی می گردد. اساس روش جدید که در آن معایب روش هاي قبلی رفع شده ، به دست آوردن معادله غیر خطی پاسخ دهی پیکسل-هاي آرایه می باشد که با اعمال معکوس این معادله به تصویر اولیه، تصویر بهبود یافته حاصل می گردد. طراحی این الگوریتم به نحوي است که قابلیت پیاده سازي سخت افزاري دارد.
-1 مقدمه
کارایی هر سیستم پردازش تصویر بستگی به کیفیت تصاویر ورودي به آن دارد که این موضوع اهمیت بهبود و وضوح تصاویر اولیه را آشکار می سازد.مساله مهمی که در مورد تصاویر دریافتی از دوربینهاي حرارتی وجود دارد، وجود نویز با طرح ثابت یا Fixed Pattern - FPN - Noise می باشد. این نویز از اختلاف حساسیت پیکسلها به نور ورودي ناشی می شود. یکی از دلایل این اختلاف حساسیت ، مدارات الکترونیکی متصل به آرایه آشکارساز هستند که وظیفه خواندن خروجی پیکسل را دارند.
در واقع نویز با طرح ثابت دامنگیر بیشتر آشکارسازهاي مادون قرمز بوده و مساله کاهش این نویز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در این مقاله ابتدا تشعشع حرارتی اجسام بررسی می شود. سپس علل ایجاد نویز با طرح ثابت معرفی می گردد. در ادامه در مورد حذف نویز به روش دونقطه اي بحث شده و نهایتا روش جدید که " تصحیح غیر یکنواختی چند نقطه اي" نام دارد تشریح خواهد شد.
-2تشعشع حرارتی
براي بررسی عملکرد تصحیح غیر یکنواختی ابتدا نگاهی به نحوه تشعشع اجسام می اندازیم. هر شیئی با دماي بالاتر از صفر کلوین تشعشع الکترومغناطیسی حرارتی ساطع می کند، که در بازه یک طیف طول موجی گسترده شده است. این موضوع به قانون وین معروف است .[1] شکل زیر طیف هاي ساطع شده در دماهايT=300 ، 400 و 500° K را نشان می دهد. اگر دما به اندازه کافی زیاد باشد تشعشع به صورت نور مرئی بوده و با چشم انسان دیده می شود. اما اکثر اشیاء طبیعی دماي بسیار کمتري دارند و شدت تابش آنها در باند طول موج 0.8- 30 μm می باشد. این طول موج ها بخشی از باند IR هستند که بین نور مرئی و امواج مایکروویو در طیف الکترومغناطیس قرار دارند.
-3نویز با طرح ثابت
المانهاي مستقلی که در آرایه آشکارساز وجود دارند به تشعشع دریافتی پاسخ هاي مختلفی دارند که این خود دلیل اصلی ایجاد نویز با طرح ثابت در تصویر میباشد. در این تصاویر نویزي بعضی از پیکسلها روشن تر و بعضی دیگر تیره تر هستند که این خود بسته به پارامترهاي بسیاري دارد. مهمترین منابع این نویز عبارتند از:[1]
-1خطاهاي ساخت: خطاهاي ساخت نیمه هادي آشکارساز باعث میشود که بهره و افست در طول آرایه آشکارساز متفاوت باشد.
-2سیستم خنک کننده : همه سنسورها باید تا دماي زیر 100 درجه کلوین به صورت یکنواخت سرد شوند اما در عمل رسیدن به یکنواختی توزیع دما براي کل آرایه دور از انتظار بوده و این مساله تاثیرات شدیدي را در پارامترهاي آشکارساز خواهد داشت.
-3 قسمت الکترونیک : اختلاف در قرائت مقادیر پیکسلها، ناشی از مداراتی که وظیفه خواندن پیکسل ها را دارند ، یکی از منابع معمول نویز با طرح ثابت می باشد که معمولا بصورت الگوهاي شبکه اي یا خطی دیده می شود.
-5 اپتیک : اپتیک سنسورها نیز عاملی موثر در ایجاد نویز با طرح ثابت می باشد و این شامل کاهش شدت سیگنالها در لبه هاي تصویر میباشد.
-4حذف نویز با طرح ثابت
کاهش مقدار"نویز با طرح ثابت" به حداقل ممکن براي دوربین مادون قرمز لازم و ضروري است. در زیر عمده ترین روش تصحیح غیریکنواختی بررسی شده است.
1-4 روش مبتنی بر مرجع
روشهاي زیادي براي تصحیح غیر یکنواختی ارائه شده اند
2-4 روش تصحیح غیریکنواختی چندنقطه اي
در این روش منحنی حقیقی پاسخدهی هر پیکسل به تابش ورودي به دست می آید .در این صورت خروجی هر پیکسل به ازاي یک تابش مشخص معلوم است و اگر بتوان منحنی مذکور را توسط یک تابع ریاضی تخمین زد، رابطه ریاضی بین ورودي و خروجی براي هر پیکسل - که در واقع معرف رفتار آن پیکسل است - محاسبه شده است. حال با فرض یک به یک بودن این تابع می توان معکوس آن را به دست آورد. در این صورت با دانستن خروجی هر پیکسل و اعمال آن به ورودي تابع معکوس شده ، مشخص می شود که چه مقدار تابش به هر سلول آشکارساز رسیده است. از کنار هم قرار دادن مقادیر تابش دریافتی پیکسل ها می توان به تصویر مورد نظر رسید.
