關於平場校正算法的理解


1. 什么是平場校正

  什么是平場校正呢,專業術語就是:用於消除各像素響應不均一的算法;那么什么是像素相應不均一呢,說白了就是像素點對光轉換成電荷的能力,進而體現為我們所說的像素值的大小;

2. 怎樣進行平場校正

  l 首先要獲取系統的暗本像素值(取平均值),簡稱(暗場校正);獲得該值的目的在於得到,CCD在特定的環境下(光亮、溫度、時間相同)產生的暗像素值的大小,用一下公式表示

(1)

為該環境下獲得的像素值,K為轉換關系,單位為灰度/電子;為特定像素在該環境下的暗電流大小,t表示獲取一幀或者一行的時間,而clip_image008表示圖像的偏置值大小;

  l 其次是獲取均勻光強下的圖像(簡稱明場校正),理論上要求這一幀(行)圖像應該在足夠亮,且光線均勻,即使得傳感器的每一個像素點都在一個飽和照明以及電荷飽和輸出的情況下,相機巨頭dalsa建議他的客戶在這一步驟時,相機下面使用不透光的但又不成鏡面反射的后朔料白板來輔助完成,實踐證明該步驟對真個平場校正算法的精確度確實有很大的影響;明場校正的表達式有如下:

(2)

表示在均勻光照下獲得的像素值,表示特定像素對光的轉換敏感度,后面兩項跟前面的暗場校正是一樣的(同樣的時間,溫度,以及光亮度);

  l 接着就是被校正的圖像的的像素值,與明場校正幾乎一樣,唯一不同的就是光亮X,這里我們可得到兩者之間的關系,其表達式為:

(3)

 是各像素點上面的光強度,也就是相機所拍攝到的光(除去了暗電流以及像素光響應不均一的情況);通過上面表達式我們可得知,當各像素點是線性響應系統時,是一個常數,由(1)式跟(2)式得到:

 (4)

通過(1)(3)(4)我們可以得到

(5) 

未知,通過(5)式我們可以得知,相機所拍攝到的光(除去了暗電流以及像素響應不均一)跟明場校正的光亮的比值等於:經過校正后的值減去明場校正時該點像素的值,同事除以明暗場校正像素值的差;

  這里我們涉及的平場校正需要獲得明場校正時像素灰度值,以及暗場校正的灰度值,同時需要對這些參數進行存儲,並為后面的計算所用;綜上,我們不需要知道每一個特定像素點的對光的響應率,以及該像素點的暗偏置電流也能真實的獲取它所感應的光的比值;由於是一個常數,所以在后續的處理上,只要統一乘以特定的常數即可對圖像的像素值做統一的放大與縮小並且不會損傷圖像;

  通常,平場校正一般運用於線陣CCD相機,對於其他的相機,有其他的處理方法;該算法有一定的局限性,受環境溫度、光線的影響比較大,因此要求在工作環境變換不大的情況下才能最大的發揮出算法的效果,一旦工作環境發生較大的變化時,需要從新做平場校正;

很多東西都只能適用於特定的場合,算法也好,人也罷,唯有以變應對萬變……

 


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