红外成像技术在众多领域得到广泛应用，但设计和制造工艺存在的非均匀性现象严重降低了红外图像的成像质量。针对这一问题，设计了一种基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的红外图像校正系统。该系统采用两点校正法对某国产短波探测器的像元增益和偏置进行更新，然后利用3σ算法实现盲元点的检测并利用邻域替代的思想进行盲元校正，通过将盲元点周围的有效像元值按比例替代盲元像元来降低运算复杂度。在基于XC5VLX110T型FPGA的硬件系统上进行实验。结果表明，所设计的红外图像校正系统改善了图像的非均匀性，提高了成像质量且成像速度快。此外，丰富的余量资源使得系统具有较好的扩展性。该系统在红外图像处理方面具有一定的应用价值。

盲元的存在严重影响了红外相机的成像质量，基于场景的盲元检测与补偿方法可以有效地解决此类问题。本文提出了一种改进的局部“3?”方法，通过计算图像的三维噪声获得图像的平均噪声，据此得到盲元检测的最小判据，然后采用局部“3?”方法和中值滤波法对盲元进行实时的动态检测与补偿，并将该方法应用于自研的某中波红外相机中。对黑体成像实验的结果表明，本文方法与辐射定标法相比，盲元检出的重合度平均可以达到82%以上；与传统的局部“3?”方法相比具有相同的盲元检测与补偿效果，但可以将盲元的过检率降低30%以上；地面及载机挂飞成像实验的结果表明，本文方法可以对盲元起到很好地抑制作用，红外相机的昼间和夜间图像均不存在明显异常的黑、白点，图像中景物细节丰富、图像质量优良。因此，本文方法可以对盲元进行实时的动态检测与补偿，在自研的中波红外相机中的运用是可行和有效的。

受红外焦平面阵列生产工艺及材料本身特性影响, 红外焦平面阵列不可避免地存在盲元, 严重困扰红外数据的处理与应用。光栅分光推扫式热红外高光谱成像仪一般以红外焦平面阵列的其中的一维作为光谱维进行推扫式成像, 空间维只剩一维, 与一般的热像仪具有二维空间维的成像机制有很大区别。常规的实验室定标法和开窗处理的场景检测方法不能满足该成像方式的盲元检测需求。以热红外高光谱成像仪中的盲元检测为目标, 有针对性地提出了基于光谱匹配的盲元检测算法。该方法从光谱维角度出发, 以不同温度实验室黑体定标数据生成温升光谱数据, 在数据规则化处理的基础上, 自动提取有效像元目标的伪光谱曲线, 采用光谱角匹配的方式实现盲元的自动检测。以典型的热红外高光谱成像仪获取数据并开展盲元检测实验, 结果表明该方法充分利用了热红外高光谱成像仪的光谱维信息, 检测精度较高, 盲元补偿后的数据可满足热红外高光谱数据的行业应用。

由于红外焦平面阵列成像存在盲元等一系列问题, 为了减少盲元对红外图像的干扰, 本文提出一种基于滑动窗口的红外焦平面阵列盲元检测算法。对像元进行加窗并计算其中的均值中值以及一级梯度等数值, 再进行加权计算并设定阈值与原像元对比进行盲元检测, 最后使用局部中值滤波算法进行盲元补偿。仿真结果表明此种方法可以有效地检测盲元, 拥有比较好的盲元补偿结果, 有效地改善了红外焦平面阵列成像质量。

针对红外成像系统盲元检测中，传统窗口全局阈值法阈值选取的局限性，结合盲元响应随机性特点，提出了一种基于超像素分割的盲元检测算法，给出了分割区域像素数及检测过程阈值设置方法；针对盲元校正问题，提出了一种基于结构相似度和空间邻域距离加权的相关像素插值的盲元校正算法，研究了不同加权方法对估计误差的影响。最后通过实验验证了算法的准确性和有效性，结果表明：本文提出的算法检测结果准确率高、漏检率低、虚警率低，校正后图像的 RMSE低于邻域均值法（AN， Average Neighboring method）和最近邻替代（NN，Nearest Neighboring method）算法。

利用无监督学习的一类支持向量机(One Class Support Vector Machine, OCSVM)和随机场景图像序列, 构造滚动更新的像元分类模型, 实现红外焦平面盲元的在线检测。根据正常像元和异常像元数量和灰度特征的差异, 以随机图像序列作为输入数据, 使用OCSVM建立单一类别的像元分类模型, 灰度变化的像元归为一类, 其他像元不属于此类。由于随机图像序列的滚动更新, OCSVM模型及支持向量也随之更新。统计支持向量的频次, 高频次支持向量对应的像元聚为一类, 即为异常像元。以320×256中波红外图像序列为例, 说明了OCSVM模型进行盲元检测的过程, 检测结果与黑体定标的结果一致。基于随机场景和OCSVM模型的盲元检测方法摆脱了定标黑体的约束, 提高了盲元检测的灵活性。

影响制冷型中波红外焦平面探测器图像质量的因素主要包括响应的非均匀性、响应的漂移特性和盲元等。因此, 在红外焦平面成像系统中要进行实时的非均匀性校正、漂移补偿和盲元替代等信号处理。首先, 设计一套高帧频低噪声640×512像元的制冷型中波红外成像系统, 并进行动态范围标定, 实现其在全动态范围内NETD小于30 mK。接着, 针对焦平面像元的响应特性, 研究了适用于红外成像系统的非均匀性和盲元的校正方法, 提出了基于辐射定标和场景融合的非均匀校正、盲元检测及替代算法。最后, 进行外场红外图像数据采集。经实验验证, 其图像校正效果优良, 易于实现, 且具有较强的环境适应性。

红外焦平面成像质量受材料生长及器件制备工艺的影响, 易出现盲元、条纹噪声等缺陷。条纹噪声经常会导致盲元的检测偏差, 准确的盲元检测对于后续图像处理具有重要意义。利用双密度双树复数小波分解的多方向性小波系数, 结合广义高斯分布将高频小波系数按照对条纹噪声影响程度分别赋予不同权值并进行单支重构, 消除了条纹噪声对盲元检测的影响, 得到初步“干净”的预处理图像, 进而对预处理图像运用3?滓准则进行盲元检测。通过短波HgCdTe红外焦平面成像的实践验证, 该方法对具有条纹噪声特征的红外图像盲元检测更加准确。

针对传统红外图像盲元检测方法采用固定检测阈值和不能兼顾全局非均匀性的问题，提出了一种基于曲面拟合的盲元检测方法。首先分析了有效像元和盲元在灰度分布三维图上的显著差别，进而提出整幅本底图像的曲面拟合方法，然后用拟合后的曲面值作为比较基准运用3σ原则进行盲元检测。使用拟合后的曲面值替代固定基准能够消除探测器响应非均匀性对盲元检测的影响，提高盲元检测的准确性和有效性。进一步开展了验证实验和比较实验，实验结果表明该方法比直接运用3σ原则法检测精度更高、更有效。

盲元一直是影响红外焦平面探测器成像质量的重要因素之一。探索了一种基于分步搜索策略的自适应盲元检测算法, 无需借助黑体等辅助定标设备, 完全基于场景信息即可对探测器使用过程中不断出现的新盲元进行有效检测。