寧永慧，郭永飛

（1.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春130033；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

TDICCD拼接相機(jī)的像元響應(yīng)非均勻性校正方法

寧永慧1，2*，郭永飛1

（1.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長春130033；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

為了解決光學(xué)TDICCD成像系統(tǒng)在拼接模式下的像元響應(yīng)非均勻性問題，研究了TDICCD像元校正的原理和實現(xiàn)方法。提出了視頻處理器在不同增益、不同偏置和TDICCD在不同積分時間下進(jìn)行像元校正的方法，設(shè)計了在現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）平臺下進(jìn)行了程序?qū)崿F(xiàn)和驗證的方法。實驗數(shù)據(jù)分析表明：成像系統(tǒng)單片TDICCD的非均勻性由4.72%降低到0.27%，惡劣環(huán)境下TDICCD成像系統(tǒng)的圖像非均勻性可以降低2.55%。該像元級校正算法簡單，可靠性高，能夠滿足星上成像的要求;在不同的增益、偏置和積分時間下能夠很好地解決TDICCD成像系統(tǒng)的像元響應(yīng)非均勻性問題。

CCD相機(jī)；TDICCD；像元校正；增益偏置參數(shù)；校正參數(shù)；像元非均勻性

1 引 言

時間延遲積分（Time Delay Integration，TDI）CCD光學(xué)成像系統(tǒng)是以工作在TDI模式下的面陣CCD作為感光器件的光學(xué)系統(tǒng)。成像系統(tǒng)工作時，將面陣CCD的每一行作為獨立的感光單元，對同一景物進(jìn)行多次曝光，并將多次曝光后的光生電荷累加處理作為該像元的最后輸出。這種方法有效增大了像元的曝光量，常用的TDICCD級數(shù)有2級、4級、8級、16級、32級、48級、64級、96級等，根據(jù)CCD的選擇而不同。

TDICCD通過設(shè)定不同的積分時間，使光學(xué)成像系統(tǒng)工作在不同的光照條件下，并獲得良好的成像效果。TDICCD在工作時，為了降低其工作行頻，減小功耗，增加可靠性，易于散熱并提高工作效率，采用多通道方式輸出圖像。由于每個通道需要獨立的驅(qū)動電路、前置信號放大電路和視頻處理電路，導(dǎo)致TDICCD不同通道輸出的圖像產(chǎn)生差異。因此，需要通過電路設(shè)計、圖像處理等方式［1-2］來保證TDICCD成像的均勻性和一致性［3-7］。

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和提高，空間大視場、高分辨率的要求使TDICCD拼接相機(jī)的發(fā)展成為研究熱點，對圖像質(zhì)量的實時處理要求也越來越高，成像過程中像元非均勻性對圖像效果的影響顯得至關(guān)重要。因此，需要在工程實踐中對TDICCD拼接相機(jī)的成像非均勻性進(jìn)行實時校正［8-11］。

目前，TDICCD成像系統(tǒng)非均勻性校正主要在像元級完成。校正方式一般可分為基于實驗定標(biāo)的方式和基于圖像的自適應(yīng)校正方式兩種［12-18］。實驗定標(biāo)方式原理簡單，易于硬件實現(xiàn)，對像元的校正主要有一點法、兩點法和多點法;基于圖像的自適應(yīng)校正方法算法復(fù)雜，實時性要求難以得到滿足，校正精度及可靠性低，一般是通過獲取圖像的先驗知識，確定校正參數(shù)，然后對圖像進(jìn)行校正，常見的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、統(tǒng)計平均法、時域高通濾波法等。在文獻(xiàn)［1］中，作者針對TDICCD拼接相機(jī)的特性，將定標(biāo)方法和自適應(yīng)校正方法結(jié)合，提及了片間的自適應(yīng)場景補(bǔ)償法、通道間的增益平均法、通道內(nèi)的兩點校正方法。但沒有考慮不同增益、偏置和積分時間下校正參數(shù)的修正問題。在文獻(xiàn)［2］中，作者主要針對TDICCD噪聲特性，對像元在不同增益下進(jìn)行參數(shù)修正，但忽略了偏置參數(shù)在參數(shù)修正中的作用，對FPGA實現(xiàn)方法，以及在實現(xiàn)時的定點計算分析也有不足。

本文從工程實際出發(fā)，針對TDICCD拼接相機(jī)的特點，提出了在不同視頻處理器增益、偏置參數(shù)下，對拼接TDICCD成像系統(tǒng)像元校正參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的像元校正方式，并在硬件系統(tǒng)中得以實現(xiàn)。

2 像元非均勻性校正算法

TDICCD拼接成像系統(tǒng)的成像非均勻性主要表現(xiàn)在3個方面：TDICCD片間成像非均勻性、TDICCD片內(nèi)成像非均勻性、通道內(nèi)像元響應(yīng)非均勻性。本文討論的TDICCD拼接成像系統(tǒng)由5片6 144 pixel的TDICCD構(gòu)成，每片TDICCD采用8通道輸出。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 TDICCD拼接相機(jī)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Block diagram of TDICCD mosaic camera system

2.1 像元非均勻性

像元非均勻性PRNU（Photo Response Non-uniformity）是相機(jī)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。它表示CCD像元在50%飽和曝光量下的輸出信號的均方差與均值之比，如式（1）所示：

式中：Xi是第i個像元的輸出碼值，表示圖像像元的平均值，N表示總像元個數(shù)。

2.2 TDICCD通道內(nèi)像元校正算法

根據(jù)圖像非均勻性的3種表現(xiàn)形式，圖像非均勻性校正可分為通道內(nèi)的像元校正、通道間的整體灰度校正和片間灰度校正。由于自適應(yīng)校正的時效性和可靠性較差，一般均采用標(biāo)定的方式完成校正功能。

對于片間校正和通道間校正，可以通過調(diào)節(jié)各通道視頻處理器的增益和偏置參數(shù)，實現(xiàn)整體拼接圖像的響應(yīng)一致性。一般通過輻射標(biāo)定設(shè)定實際的增益和偏置參數(shù)。

像元校正主要針對像元響應(yīng)不一致性以及暗電流噪聲問題而提出。然而，不同的視頻處理器參數(shù)、不同光照條件下，對應(yīng)的像元校正參數(shù)均不同。因此，需要降低像元校正參數(shù)的存儲容量，研究不同參數(shù)條件下，像元校正參數(shù)間的關(guān)系。

實際像元響應(yīng)曲線一般是基于像元響應(yīng)的線性模型，可通過輻射定標(biāo)方式獲得。通過輻射定標(biāo)獲得像元的響應(yīng)曲線（線性曲線）后，通過一次曲線即可完成像元響應(yīng)不一致性的校正。

對標(biāo)定數(shù)據(jù)采用最小二乘法進(jìn)行像元響應(yīng)曲線的擬合。首先，獲得同一均勻光下的實驗圖像，取單列像素的灰度均值作為像元的響應(yīng)值，記為（，si）;然后，獲取10組不同均勻光下像元響應(yīng)的均值（，si）（i∈［1，10］）;最后，采用最小二乘法進(jìn)行像元響應(yīng)曲線擬合，擬合公式如（2）所示：

在獲得了像元響應(yīng)曲線（記為ai）后，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的像元校正曲線，則像元校正參數(shù)（ki，bi），可通過式（3）獲得：

影響像元校正性能的直接因素是輻射定標(biāo)。定標(biāo)的精確度直接影響像元校正的精度。由于本實驗沒有進(jìn)行精確定標(biāo)，所以本文獲得的定標(biāo)圖像數(shù)據(jù)中含有噪聲，像元響應(yīng)曲線沒有完全模擬出真實的像元響應(yīng)曲線，因此，影響了實際驗證指標(biāo)。

2.3 增益偏置參數(shù)下的像元校正參數(shù)調(diào)整策略

TDICCD在不同的積分時間下，像元響應(yīng)值之間沒有必然聯(lián)系，因此，每個積分時間需要對應(yīng)一組像元校正參數(shù)。由于通道間電路參數(shù)不同，需要設(shè)定各自通道視頻處理器的增益和偏置參數(shù)，在不同的增益和偏置參數(shù)下，像元校正參數(shù)也是不同的，需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的原理和方法如下：假設(shè)某像元在無增益和偏置條件下獲取的響應(yīng)DN值為D1，在某一增益k1和偏置b1下獲得的響應(yīng)DN值為D2，則D2=k1D1+b1，D2表示了該像元的響應(yīng)度曲線。對該曲線進(jìn)行像元校正時，設(shè)校正參數(shù)k′1和b′1，則校正后的響應(yīng)度曲線為D′2=k′1D2+b′1。

此時的響應(yīng)值可認(rèn)為在理想條件下，在增益k1和偏置b1下獲得的像元響應(yīng)值。將該值逆推至CCD響應(yīng)輸出端，則DN值為D″2=（D′2-b1）/ k1。

同理，在另一組增益k2和偏置b2下，獲得像元響應(yīng)值D3=k2D1+b2;設(shè)對應(yīng)的校正參數(shù)為k′2和b′2，則D′3=k′2D3+b′2;在CCD響應(yīng)輸出端的DN值D″3=（D′3-b2）k2;D″2和D″3均表示無增益和偏置下的D1的修正值，因此D″2=D″3。

綜上所述，得出參數(shù)修正公式（4）：

在（k1，b1），（k2，b2）已知時，上述公式可改寫為：

通過查表獲得參數(shù)C0和C1，即可實現(xiàn)不同增益和偏置參數(shù)下的像元校正參數(shù)調(diào)整。

由于像元校正算法在計算過程中會產(chǎn)生計算誤差，目前，工程實現(xiàn)中采用計算精度高于輸出精度的方式來消除像元校正計算誤差對圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。同時，F(xiàn)PGA內(nèi)部設(shè)置數(shù)據(jù)舍入處理，也進(jìn)一步保證了圖像像元級校正的精度。

2.4 實驗仿真結(jié)果

圖2 TDICCD片內(nèi)原始圖像及通道3細(xì)節(jié)圖Fig.2 Initial image and channel 3 details in TDICCD

圖3 TDICCD片內(nèi)像元校正后圖像及細(xì)節(jié)圖Fig.3 Pixel-rectified image and its detail inside TDICCD

圖4 相同增益偏置下像元校正前后的圖像對比Fig.4 Comparison of before-after pixel-rectified images with a variable gain and deviation

圖5 增益偏置調(diào)整前像元校正前后的圖像對比Fig.5 Comparison of before-after pixel-rectified images with a stable gain and deviation

對上述算法進(jìn)行Matlab仿真，仿真原始數(shù)據(jù)通過實驗定標(biāo)獲得，CCD采用實驗器件。圖2表示TDICCD在48級工作模式下獲得的片內(nèi)原始圖像和細(xì)節(jié)圖像。圖3表示通道內(nèi)像元校正后獲得的圖像和細(xì)節(jié)圖像。像元校正參數(shù)在獲取過程中限制了其波動范圍，其中（a）表示通道內(nèi)像元線性度差異在0.3時的校正圖像，（b）表示通道內(nèi)像元線性度差異在0.1時的校正圖像，（c）表示通道內(nèi)像元線性度差異在0.3時通道3的細(xì)節(jié)圖像。從校正效果看，像元響應(yīng)線性度的差異越小，得到的校正效果越好。由于定標(biāo)圖像未作噪聲處理，因此在成像校正后的細(xì)節(jié)圖中可以看到明顯的類高斯噪聲。圖4表示某一增益和偏置參數(shù)下，像元校正參數(shù)修正前后的圖像對比，可以看出，像元校正參數(shù)修正后，圖像的均勻性得到很大的提高。圖5表示增益偏置參數(shù)改變前，沒有進(jìn)行像元校正參數(shù)修正的校正前后效果對比。

實驗定標(biāo)獲得的圖像數(shù)據(jù)中含有不同程度的噪聲，主要是由環(huán)境、實驗用TDICCD和積分球輸出光的非均勻性所致。因為仿真過程中沒有對圖像中的噪聲進(jìn)行處理，所以，校正后的圖像噪聲顯得比較突出。從像元校正仿真效果看，像元校正算法能夠很好地解決像元非均勻性問題，對不同增益和偏置參數(shù)下的校正參數(shù)調(diào)整也達(dá)到了預(yù)期效果。實驗也表明，CCD像元響應(yīng)線性度的離散性對校正效果有一定的影響，這主要是因為當(dāng)離散性較大時，像元灰度調(diào)整的幅度增加，同時放大了光源的不穩(wěn)定性和圖像中的噪聲比例，降低了圖像的視覺效果。

2.5 校正參數(shù)對信噪比和動態(tài)范圍的影響分析

設(shè)定圖像噪聲為輸入圖像數(shù)據(jù)DN值與理想圖像DN值的差。若用ni表示噪聲，y0i表示圖像理想值，yi表示圖像實際值，那么yi=y0i+ni，校正后的輸出值為：

在校正后的圖像數(shù)據(jù)中，噪聲會隨著校正參數(shù)ki的變化而變化。當(dāng)ki＞1時，噪聲增大;當(dāng)ki=1時，噪聲大小不變;當(dāng)ki＜1時，噪聲會隨之減小。因此，在工程實踐中，控制像元校正系數(shù)ki＜1，即選取最小斜率的像元校正曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行像元校正。當(dāng)像元響應(yīng)曲線yi的線性離散性較小時，采用最小斜率像元曲線參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，可以保證像元校正系數(shù)ki接近1而小于1。當(dāng)像元響應(yīng)曲線yi的線性離散性較大時，若采用最小斜率曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，不僅影響圖像的對比度，也會對校正效果產(chǎn)生影響，此時，需要選擇線性度相對集中處的極小值作為標(biāo)準(zhǔn)，并對校正參數(shù)進(jìn)行門限值限制。從仿真結(jié)果看，實驗用CCD芯片的校正參數(shù)ki為0.98～1，工程中使用的CCD校正參數(shù)范圍會更窄。像元校正效果是由標(biāo)定精度、校正精度和計算精度共同決定的，當(dāng)像元校正算法影響圖像對比度時，可以進(jìn)行實時圖像增強(qiáng)處理，改善圖像的視覺效果。

3 像元校正算法在FPGA中的實現(xiàn)

3.1 算法實現(xiàn)流程

Matlab仿真結(jié)果表明，該像元校正方法能夠有效地改善TDICCD單通道內(nèi)像元的非均勻性，易于在硬件系統(tǒng)中實現(xiàn)。目前常見的圖像整合處理多采用大規(guī)模FPGA作為處理器，因此，在系統(tǒng)移植上，采用了基于FPGA的系統(tǒng)實現(xiàn)模式。

FPGA硬件實現(xiàn)方法有兩種，一種是通過系統(tǒng)程序上注的方式，傳輸當(dāng)前積分時間下的像元校正參數(shù)。以6 144 pixel、5片TDICCD拼接成像系統(tǒng)為例，若校正參數(shù)為16 bit，其中，ki=10 bit，bi=6 bit，串行通訊每字節(jié)（8 bit）傳輸實際寬度為11 bit，因此需要程序上注的數(shù)據(jù)量為6 144× 2×11×5 bit，在串行485通訊模式下，若通訊波特率為50 kbps，則傳遞時間為13.52 s。

另一種方法是采用數(shù)據(jù)存儲方式實現(xiàn)像元校正，即通過FPGA內(nèi)部RAM初始化像元校正參數(shù)的方式實現(xiàn)TDICCD的像元校正，因此需要存儲各個積分時間下的像元校正參數(shù)，所需的存儲空間較大，不能實時修改。以5個積分時間下的像元校正參數(shù)計算，僅可見光譜段，單片CCD的校正參數(shù)數(shù)據(jù)量達(dá)491.52 Kbit。

FPGA內(nèi)部的并行運算縮短了數(shù)據(jù)的計算時間，很好的解決了像元校正的實時性要求，在系統(tǒng)資源、功耗、可靠性等方面，像元校正的FPGA實現(xiàn)方式要高于DSP、單片機(jī)等處理器。

像元校正涉及到的運算主要包括正負(fù)數(shù)的加減、乘法運算，乘法運算采用FPGA內(nèi)部的IP核完成。程序設(shè)計時采用無符號定點數(shù)運算方式，需要提取操作數(shù)符號位，并判斷計算結(jié)果，從而完成像元校正的數(shù)據(jù)處理。

3.2 算法硬件實現(xiàn)

像元校正功能在FPGA內(nèi)部處理的工作框圖如圖6所示。

圖6 像元校正算法在FPGA中實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Block diagram of pixel correction algorithm in FPGA

在增益偏置參數(shù)改變時，需要對校正參數(shù)進(jìn)行修正。FPGA在處理時，采用無符號定點數(shù)的四則混合運算方式，因此需要加入對計算參數(shù)符號位和溢出位的判斷。形如y=a×b+c×d，需要判斷兩次乘法運算的符號位和一次加法運算的溢出。定點數(shù)乘法運算可直接由FPGA內(nèi)部乘法器的運算結(jié)果通過位數(shù)截取獲得，所以乘法運算只需要設(shè)定保留精度和符號位即可。加法運算的溢出操作如表1所示。

表1 運算溢出說明Tab.1 Overflow description of calculation

對于加法溢出，直接設(shè)置結(jié)果為參數(shù)值的最大值;對于減法溢出，分為兩種情況：一種是小數(shù)減大數(shù)，此時的計算結(jié)果為負(fù)值，其絕對值為大數(shù)減小數(shù)值。FPGA實現(xiàn)時，對計算結(jié)果進(jìn)行取反后加一處理，并標(biāo)定計算結(jié)果的符號位，完成原碼運算;另一種是兩個負(fù)數(shù)相加，此時設(shè)定結(jié)果為參數(shù)負(fù)值的最小值。

在TDICCD圖像像元校正算法的程序?qū)崿F(xiàn)中，主要占用了FPGA內(nèi)部的RAM和乘法器資源，對邏輯資源的占用較小，對于大規(guī)模FPGA的整體資源影響率可不予考慮，對FPGA功耗的影響也較小，可忽略不計。

3.3 算法誤差分析

定點數(shù)的乘法運算通過計算結(jié)果的舍入處理完成，因此會引入舍入誤差;加減法運算需要提取符號位，并判斷數(shù)據(jù)溢出情況。數(shù)據(jù)不同類型的溢出會降低計算精度。因此，為了保證圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和圖像的動態(tài)范圍不受影響，將像元校正參數(shù)設(shè)定在（ki=1，b1=0）的鄰域內(nèi)，以保證像元校正不會影響圖像的動態(tài)范圍。在本實驗中，根據(jù)像元校正曲線線性度的標(biāo)定情況，設(shè)定像元校正參數(shù)范圍為：

當(dāng)系統(tǒng)的量化精度為10 bit時，不考慮圖像中噪聲在像元校正條件下對圖像精度的影響，若要求像元校正后圖像誤差范圍在1個DN值，即在最大碼值Cmax=210輸出時，輸出數(shù)據(jù)的精度范圍為：

則計算得出的像元校正參數(shù)的數(shù)據(jù)位寬為k= 11 bit，其中最高位表示整數(shù)位。也就是說，Δki的誤差范圍為±211。因此，由ki引起的像元校正誤差小于1個DN值。

參數(shù)bi表示像元校正的偏移量，由bi引起的像元校正誤差范圍也為1個DN值，因此，由像元線性校正公式=kiyi+bi引入的總的像元校正誤差范圍為2個DN值。所以，若想提高校正精度，需要調(diào)整（ki，bi）的精度，同時確保定標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

在實現(xiàn)通道內(nèi)像元校正的同時加入通道間校正，只需要在bi上增加不同通道的本底灰度Δbj（1≤j≤8，表示通道號），使b′i=bi+Δbj，即可在通道內(nèi)像元校正的同時，實現(xiàn)TDICCD片內(nèi)通道間校正的目的。校正精度和Δbj的精度有關(guān)，通過調(diào)整Δbj的位寬即可實現(xiàn)校正精度的控制。

4 實驗成像與結(jié)果分析

在本文所述的像元校正算法中，像元校正參數(shù)采用實驗標(biāo)定的方法獲得。利用標(biāo)定圖像獲取的像元校正參數(shù)對不同照度下的TDICCD成像系統(tǒng)的像元響應(yīng)進(jìn)行實時校正，以驗證該像元算法的實時性和性能。

實驗定標(biāo)過程如下：首先用積分球產(chǎn)生10組不同照度值，并在每組照度下成像100次，取標(biāo)定圖像的均值作為實驗數(shù)據(jù)計算像元校正參數(shù)。實驗定標(biāo)要求在特定的溫度、濕度、光照等條件下進(jìn)行，否則會影響定標(biāo)精度。

獲得像元校正參數(shù)，并在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)像元校正算法后，對與標(biāo)定圖像不同照度的條件下進(jìn)行成像實驗，對比不進(jìn)行像元校正和進(jìn)行像元校正的圖像效果，如圖7所示。

圖7 實際校正前后通道內(nèi)效果對比Fig.7 Comparison of in-channal images before/after pixel corrections

由成像效果來看，像元校正前后圖像的非均勻性明顯好轉(zhuǎn)，證明了該校正算法的正確性。但是，圖像實時處理后的圖像隨機(jī)噪聲并沒有消除，導(dǎo)致圖像中仍有一定比例的固定圖形噪聲殘留，從實際成像獲得的圖像中計算得出的均方誤差高于仿真理論值，這主要是由實驗標(biāo)定時獲得的標(biāo)定參數(shù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致的。通過精確的輻射定標(biāo)，可以獲得準(zhǔn)確的像元響應(yīng)曲線，從而獲得更加精確的像元校正參數(shù)，達(dá)到良好的像元校正效果，精確的輻射定標(biāo)將在后續(xù)的工作中完成。表2列出了仿真獲得的TDICCD像元校正前后在TDICCD通道內(nèi)和通道間的PRNU值;表3列出了實際成像過程中像元校正前后TDICCD通道內(nèi)和通道間的PRNU值。

通過數(shù)據(jù)對比可知，仿真獲得的校正后通道內(nèi)的PRNU均值為0.23%，每片TDICCD片內(nèi)非均勻性均值為0.27%，相比校正前的像元非均勻性分別提高了3.34%和4.45%;實際成像獲得的校正后的通道內(nèi)的PRNU為1.73%，每片TDICCD片內(nèi)非均勻性均值為2.13%，相比校正前的像元非均勻性分別提高了1.98%和2.55%。

表2 像元校正仿真成像參數(shù)對比Tab.2 Comparison of images before/after pixel corrections in simulation

表3 像元校正實驗成像參數(shù)對比Tab.3 Comparison of images before/after pixel corrections in experiment

5 結(jié) 論

本文針對多TDICCD拼接相機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，分析了TDICCD成像系統(tǒng)像元響應(yīng)非均勻性產(chǎn)生的原理，總結(jié)了現(xiàn)有的校正方法，首次提出了在不同增益、偏置和積分時間參數(shù)下，對TDICCD拼接成像系統(tǒng)進(jìn)行通道內(nèi)像元校正的方法，對像元校正參數(shù)的范圍進(jìn)行了分析設(shè)定，提高了像元校正算法的可靠性和穩(wěn)定性;分析了像元校正參數(shù)選擇對相機(jī)信噪比和動態(tài)范圍的影響。根據(jù)工程實時性、可靠性的要求，設(shè)計并驗證了基于FPGA硬件平臺的參數(shù)標(biāo)定和算法實現(xiàn)方式。實際系統(tǒng)成像測試結(jié)果表明：在TDICCD拼接成像系統(tǒng)不同的增益、偏置、積分級數(shù)等參數(shù)條件下，通過實驗標(biāo)定獲得的單片TDICCD校正后的片內(nèi)成像非均勻性設(shè)計均值達(dá)到0.27%;利用此參數(shù)進(jìn)行實驗室成像驗證時，通過像元校正后的圖像非均勻性平均提高了2.55%，本方法能夠進(jìn)一步提高拼接相機(jī)系統(tǒng)均勻性。

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Correction of pixel response non-uniform ity in TDICCD mosaic camera

NING Yong-hui1，2*，GUO Yong-fei1
（1.Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China; 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）
*Corresponding author，E-mail：way007@163.com

To improve the Pixel Response Non-uniformity（PRNU）in a TDICCDmosaic camera，an algorithm was proposed to correct the PRNU between the channels and among the pixels in channels at different gains，deviations and integrated time.Then，a design method was given to implement the algorithm on a Field Programmable Gate Array（FPGA）platform.The experimental results indicate that the problems of PRNU could be solved at differentgains，deviations and integrated time in the TDICCDmosaic camera.The PRNU of a single TDICCD could be decreased from 4.72%to 0.27%.In bad circumstance，the PRNU of the single TDIC-CD could be decreased from 4.68%to 2.13%.The actual image also proves that the pixel correction algorithm has high real time performance，high reliability and stability，and a satisfied result to the requirements of space-projects.It solves the real-time pixel correction problem of the PRNU in TDICCD mosaic cameras.

CCD camera;TDICCD;pixel correction;gain and deviation parameter;correction parameter;pixel non-uniformity

V447.3；TP751.1

A

10.3788/CO.20130603.0386

寧永慧（1982—），男，吉林東豐人，博士，助理研究員，2009年于中國科學(xué)院電子學(xué)研究所獲得碩士學(xué)位，主要從事CCD光電成像技術(shù)的研究。E-mail：way007@163.com

郭永飛（1961—），男，山東人，研究員，博士生導(dǎo)師，1990年于中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得碩士學(xué)位，主要從事光電技術(shù)應(yīng)用、CCD在計算機(jī)中的應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等方面的研究。E-mail：guoyf@ciomp.ac.cn

1674-2915（2013）03-0386-09

2013-02-21；

2013-04-23

國家自然科學(xué)基金資助項目（No.61036015）