现有国产非制冷红外探测器多采用挡板校正进行非均匀性校正, 影响了红外探测器的观测效果与目标搜跟。为了拓展红外探测器的应用方向与领域, 提出了一种国产非制冷红外探测器新型场景校正方法, 通过改进的神经网络场景校正方法去除高频非均匀性, 再通过时空联合的低频滤波去除低频非均匀性。应用该方法的某国产非制冷红外机芯, 工作1 h后图像非均匀性为0.5%。该方法具有良好的校正效果, 并且能够有效地抑制“鬼影”现象, 有利于减少红外成像系统的体积与功耗, 有利于国产非制冷红外探测器在航天、航空、**装备等多领域的应用。

受限于材料和制造工艺, 红外图像中普遍存在着条纹非均匀性, 其严重影响了图像的成像效果, 进而对后续的目标识别、检测等工作造成干扰。典型的最小均方误差(LMS)算法在一定程度上可以抑制条纹非均匀性, 但其场景适应性差, 存在拖尾和“鬼影”现象。提出一种改进型的最小均方误差(LMS)自适应滤波算法对图像进行处理, 利用双边滤波和最速下降法快速获取准确的校正参数, 将前一帧算出的校正结果作为后一帧的初始输入值, 提升算法的准确性, 同时算法还增加了边缘检测模块以保留图像细节。采用不同场景下非制冷型探测器的真实红外图像, 从主观和客观两个方面对比了本算法和经典LMS算法, 结果表明, 提出的算法可以很好地保护图像细节, 也具有良好的场景适应性。

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。

由于红外焦平面探测器受到制造工艺等限制，图像不可避免地会存在非均匀性。传统神经网络算法会留下“鬼影”的问题，本文改进传统神经网络算法，利用引导滤波图像作为期望模板，防止图像的边缘被滤波器平滑。当场景运动时，通过时域迭代的策略来不断进行非均匀性校正参数的更新。为了抑制算法中常见的鬼影现象，设计了基于空域局部方差和时域场景变化率相结合的自适应学习率，利用前后的校正参数自适应调整阈值。实验仿真表明，本文所提的算法相比于传统算法均方根误差下降 45.45%左右，可以在校正图像非均匀性的同时很好地抑制“鬼影”现象。

针对红外图像存在的非均匀性问题, 从理论上对非均匀性产生的原因进行了分析。对基于SG滤波预处理的无模型图像校正EM算法进行改进, 提出了一种提高局部信噪比的单帧图像校正方法。设计了对比实验, 在红外目标、暗弱目标和云层背景场景下, 该方法能使红外图像的非均匀性(NU)分别降低56.869 3%, 85.938 4%和87.886 3%, 同时, LSNR分别提高了3.687 7 dB,0.256 9 dB和3.553 1 dB。最后在非均匀背景上叠加高斯分布的目标进行模拟, 探讨了目标大小与滤波窗口的关系, 得到了滤波窗口与红外小目标的近似关系为H≈4.6*ST+0.3, 从实际工程应用上确定了该方法滤波窗口初值的选取。结果表明, 所提方法能在LSNR最大的前提下, 利用单帧红外图像的场景信息对非均匀性进行有效校正。

高光谱遥感能够提供丰富的地球表面信息, 因而受国内外学者的广泛关注。 受到技术与工艺水平影响, 目前单个高光谱相机无法同时满足成像大视场和高分辨率的应用需求。 拼接式高光谱相机技术将多个高光谱相机组合成一个成像系统, 有效地扩大了高光谱相机的视场, 在精准农业、 对地观测、 环境监测等方面有着广泛的运用。 由于探测器像元响应, 光学系统, 电子学系统等因素的影响, 高光谱相机的焦平面阵列在同一均匀辐射源下, 探测器单个像元输出会出现不一致的现象, 该现象即为高光谱相机的非均匀性。 拼接式高光谱相机的非均匀性会严重影响相机成像质量与图像判读。 目前, 非均匀性校正主要分为基于定标的校正方法和基于场景的校正方法两大类。 通过对中国科学院空天信息创新研究院研制的拼接式高光谱相机非均匀性的分析, 建立了单台相机和多台相机间的非均匀性模型, 并根据非均匀性模型提出了一种基于重叠视场的拼接式高光谱相机非均匀性校正方法。 该方法综合运用了实验室定标数据与实时飞行数据, 利用实验室辐射定标校正单台相机非均匀性, 利用相机间重叠视场并引入小波滤波计算非均匀性系数校正多相机间的非均匀性。 由于该方法在实验室仅需要对单台相机进行辐射定标, 因此也摆脱了需要大口径积分球光源的限制。 开展了一系列对不同方法处理后图像质量进行评价的实验。 选取了存在非均匀性两个不同的波段图像作为原始图像, 并用该方法与对比方法对原始图像进行处理。 为了能够定量地对不同方法的校正效果进行对比, 引入了图像质量的提高系数(IF), 非均匀性(NU)与光谱角(SA)三个评价指标。 结果证明, 本文提出的基于重叠视场的拼接式高光谱相机非均匀性校正方法具有最好的非均匀性校正效果, 同时最大程度保留了光谱特性。

地球的夜间微光信号强度是白天反射的可见光强度的百万分之一, 星载微光CCD成像载荷像元响应特性的微小变化将显著影响成像质量。 针对CCD推扫式载荷在轨响应特性的分析表明, 异常响应导致微光图像中出现多条强弱不一的沿轨亮线, 且具有数量时变性、 位置随机性和响应非线性的特征。 针对异常响应校正中无统一参考目标以及像元响应差异的非线性问题, 提出了一种空间域松弛匹配而辐射域严格映射的修正方法。 通过计算沿轨方向像元辐射均值的相对偏差, 利用直方图分析确定亮线检测阈值并实现自动检测。 在此基础上, 针对每一条亮线采取先建立参考辐射值、 后排序映射的方法实现亮线校正。 为验证算法效果, 分别选取包含海表、 沙漠、 湖冰、 大雾和冰川等5种典型均匀场景的微光观测数据进行测试。 测试结果表明, 校正处理后图像中亮线基本消失, 整体非均匀性相对改进44%、 强亮线非均匀性相对改进60%, 典型暗背景图像的信噪比由2提升至4.2。 该方法具有逐像元实时检测与校正的特点, 适用于无星上定标装置的推扫式CCD光学遥感卫星业务化辐射校正处理。

针对阵列相机的定标检测需求, 研制一套多光源阵列相机辐射定标装置, 通过对积分球衰减效率的理论计算和系统光能量衰减曲线的实际测试, 可得到系统的光学传递曲线, 加上宽量程测量装置实现对系统的光强变化实时测量, 并运用多种光源结合衰减片轮组, 达到宽动态范围为1.728×10-5～54Lux的测试光源连续输出, 分别满足微光阵列相机、强光阵列相机和其他多种阵列相机的多参数检测需求。开展了阵列相机多参数检测实验和标定分析, 实验结果表明: 装置能长久实现光照度特性实时监测和对多种阵列相机进行相机品质检测, 能为阵列相机的运行环境和使用范畴进行判定。

高帧频CMOS图像传感器具有集成度高、帧频高、功耗低、抗干扰抗辐照能力强等特性，在科学实验中应用广泛。为提高外同步触发瞬态成像模式下的成像性能，首先介绍了基于高帧频CIS(5T像素，超大快门)的瞬态成像系统构成及其工作模式；从像素结构出发，对该款CIS在不同工作模式下的成像性能进行了理论分析；搭建了基于EMVA1288的标准化测试平台，对瞬态工作模式下的多项关键性能指标进行了测试，并与稳态工作模式下的性能进行了对比。分析结果表明：与稳态工作模式相比，瞬态成像模式下图像传感器具有更大的暗本底和固定模式噪声，但传感器的时序噪声、光响应非均匀性优于稳态工作模式，具有更高的信噪比和动态范围，与理论分析基本吻合。测试分析结果可用于指导科学成像系统设计与性能优化。