هزادنا زاسراکشآ هنومن کی یطخریغ خساپ نویساربیلاک و یریگ
CMOS
یمیمت یلع*
یریشب سابع ،1
نایناپوچ دیما و2 3
)ع( نیسح ماما عماج هاگشناد -
کینورتکلا هورگ ،تاطابترا و تاعلاطا یروانف هدکشهوژپ و هدکشناد
[email protected]-1 [email protected]-2 [email protected]-3
هدیکچ
: هفلؤم هدیدپ هلمجزا یدایز یاه درشف ،کینورتکلا شزادرپ رادم و راتخاس ،یفیط یاهرتلیف و یکیتپا یحارط عون ،یرفسمتا یاه
و ریوصت یبایزاب و یگ
هناماس رد هداد تفایرد و لاسرا کنیل یم ریوصت رد یعنصت تارثا داجیا ثعاب یرادربریوصت یاه
ربارب رد هناماس یطخریغ خساپ ،یعنصت تارثا نیا زا یکی .دنوش
تدش یم ریوصت رد تسردان هداد داجیا هب رجنم هک تسا یتفایرد فلتخم یاه گشیامزآ نویساربیلاک .دوش
.تسا راتفر نیا حیحصت دنیآرف رد یبسانم راکهار یها
یچ ییاپرب اب ساسا نیا رب .تسا ییاهن جیاتن رد نآ حلاصا و یرادربریوصت هناماس یطخریغ خساپ نییعت یارب یشور هئارا شهوژپ نیا زا فده و یهاگشیامزآ نامد
س کی یطخریغ راتفر ،لصاح ریوصت اب نآ هسیاقم و هنحص رون نیعم رییغت نییعت یرادربریوصت هناما
تابساحم ماجنا و ریوصت شزادرپ ماجنا اب تیاهنرد .تسا هدش
مرن زا هدافتسا اب حیحصت سیرتام لیکشت و یلاتیجید ددع بسحرب سنایدار رادومن مسر و خساپ ندوب یطخریغ نویساربیلاک ،بلتم رازفا
هتفرگ تروص هناماس یهد
.تسا
هژاو یدیلک یاه
اس نویساربیلاک : هنام
ریوصت یاه ریوصت شزادرپ ،حیحصت سیرتام ،یطخریغ خساپ ،یرادرب
Measurement and Calibration of the Nonlinear Response of a CMOS Detector
*Ali Tamimi1, Abbas Bashiri2, and Omid Choupanian3
1Department of Information and Communication Technology, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran, [email protected]
2Department of Information and Communication Technology, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran, [email protected]
3Department of Information and Communication Technology, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran, [email protected]
Abstract- Many components, such as atmospheric phenomena, optical design and spectral filters, electronic circuitry, image compression and decompression and data transmission and reception, create artifacts in the image. One of these artificial effects is the non- linear response of the system to various luminous intensity that result in the creation of erroneous data in the image. Laboratory calibration is a solution to correct this behavior.
The purpose of this research is to provide a method for determining the nonlinear response of the imaging system and correcting it in the final results. According to this, by setting up the laboratory equipment and changing a certain light scene and comparing it with the resulting image, the nonlinear behavior of the imaging system is determined. Finally, using the image processing, performing calculations and plotting the radiance-DN curve, the correction matrix was made using MATLAB software, and the nonlinear calibration of the system response was done.
Keywords: Calibration of imaging systems, nonlinear response, correction matrix, image processing
- 1 همدقم
هناماس ریوصت رد یعنصت تارثا یاه
یم ار یرادربریوصت هس هب ناوت
هتسد هدیدپ زا یشان تارثا لوا هتسد ؛درک میسقت یلک ی یعیبط یاه
لسورئآ و رابغودرگ ،اهربا ،دیشروخ دننام ار تارثا عون نیا .تسا اه
یم شور و تابساحم ماجنا اب ناوت .دومن حیحصت ریوصت شزادرپ یاه
و یشزادرپ یاهرادم زا یشان تارثا مود هتسد صت تفایرد و لاقتنا
ریوا
آ لیدبت و یراگنزمر ،یگدرشف ریظن ییاهدنیآرف هتسد نیا رد .تسا گولان
هداد لاتیجید هب یم یعنصت تارثا زا یخرب زورب ثعاب اه
ًاتیاهن و .دنوش
یاهرتلیف و یکیتپا یحارط ،هدنجنس راتخاس هب طوبرم هک موس هتسد تارثا موس و مود هتسد لماوع مهس .تسا یفیط شهاک رد یعنصت
هفلؤم نیعم کیکفت ناکما مدع لیلد هب ریوصت تیفیک ،تخاس زا دعب اه
هب مه تروص یم یسررب نامز
دوش 1[ ].
مهم هناماس هدنجنس رد یعنصت تارثا زورب یراتخاس لماع نیرت یاه
خساپ و درکلمع ندوبن یطخ یرادربریوصت تدش رد هدنجنس یهد
یاه
هب .تسا فلتخم یتفایرد یترابع
خساپ رگید ب هدنجنس یهد
رون رییغت ا
هب هنحص وص هب( یطخ تر یمن رییغت )عابشا یحاون رد صوصخ
؛دنک
نامه تخاس یتایلمع طیارش تلع هب مهم نیا ،دش هراشا هک هنوگ
هدنجنس هیارآ یاه یدربراک طیارش و یکینورتکلا یاهرادم تیفیک ،یا
نآ یم یور اه و ییاسانش ریوصت شزادرپ اب ًاضعب زین تارثا نیا .دهد
یم حلاصا یم ثعاب هک دنوش
ش حیحصت هنیزه دو ت
.دبای شهاک ریوص
نیااب شور دوجو تیدودحم لماش ریوصت شزادرپ رب ینتبم یاه
ییاه
یم ثعاب هک دنتسه دنشابن یدربراک روکذم دراوم بلاغ رد دوش
2[ ].
نویساربیلاک تقد ،ییاضف یرادربریوصت هناماس دننام ییاهدربراک رد هکارچ ؛تسا تیمها یاراد ،نآ جیاتن یرادیاپ و )یهاگشیامزآ( هیلوا و ددجم یهاگشیامزآ نویساربیلاک ناکما درادن دوج
3[ ] هب . ناونع لاثم
لکش هناماس کی رد هدنجنس عابشا تلع هب هدشداجیا اطخ 1
یم ناشن ار ییاضف یرادربریوصت دهد
1[ ].
نامه هدهاشم هک هنوگ
یم لسکیپ زا یتمسق ،دوش تسا کیرات ًلاماک یتمسق و عابشا ریوصت یاه
نیا رد هناماس نیا بسانم یهدزاب و ییاراک مدع رگنایب عوضوم نیا هک هرهب و باختنا یارب .تسا هژورپ هجوت اب یرادربریوصت هناماس بسانم یرو
و تیرومأم عون هب خساپ یگنوگچ یتسیاب ،نآ دربراک
تبسن و یهد
زیون هب لانگیس (1
ماجنا یتروص هب یحارط و ددرگ نییعت هناماس )SNR
خساپ یاراد هناماس ،هدافتسادروم یکیمانید هدودحم رد هک دریذپ یهد
یارب یهاگشیامزآ یشور شهوژپ نیا رد ساسا نیا رب .دشاب یبسانم
1 Signal-to-Noise Ratio (SNR)
خریغ خساپ نویساربیلاک و نییعت هناماس هدنجنس یط
یرادربریوصت یاه
هئارا .تسا هدش
( لکش هدنجنس عابشا تلع هب ریوصت رد هدشداجیا اطخ :)1 1[
]
- 2 نومزآ دنیآرف و نامدیچ
یرادیاپ و یتخاونکی هک تخاونکی رون عبنم کی زا ،هژورپ نیا رد آ
ن
ناوت کی طسوت هزادنا جنس
یم یریگ هدافتسا ،دوش تدش هک ؛تسا هدش
ت لرتنک رادیاپ نایرج هدننکدودحم کی طسوت عبنم نیا یجورخ شبا
یم زاسراکشآ تاصخشم .دوش لودج ردCMOS
.تسا هدمآ1
( لودج زاسراکشآ تاصخشم :)1
CMOS
زاسراکشآ عون CMOS color
camera
)چنیا( زاسراکشآ تمرف 3
/ 1
)لسکیپ( هیارآ داعبا 1280
* 1024
)نورکیم( لسکیپ هزادنا 3.6
* 3.6
هنومن نامز )هیناث( یرادرب
-0.05 10
لدبم )تیب(A/D
8
هباج کی هدافتسا اب و بصن یکیتپا هیور کی یور رب قوف تازیهجت رگاج
رارق رون عبنم یجورخ زکرم رد یرادربریوصت هناماس یدورو ،قیقد یم لکش .دریگ یم ناشن ار شیامزآ نامدیچ زا یریوصت2
سپس .دهد
خساپ نییعت و هبساحم یارب ریز لحارم یجورخ شبات رییغت اب و یهد
هبساحم ناSNR
ماج تسا هدش 4[
]:
-1 هب ریوصت ندناوخ م تروص
هس سیرتا ( هناگ
)RGB
-2 ( ریوصت یزکرم هیحان باختنا و نییعت )ROI
-3 یرتسکاخ رادقم هبساحم لصاح سیرتام زا2
-4 نیگنایم زا یریگ یوصت5
شیامزآ هلحرم ره رد ر
2 Gray value
-5 نیگنایم لسکیپ مامت زا یریگ باختنا هیحان رد اه
ی
-6 سنایدار یاهرادومن مسر -
یلاتیجید ددع سنایدار و3
SNR-
-7 لیلحت و ینحنم شزارب جیاتن
( لکش شیامزآ نامدیچ زا یریوصت :)2
- 3 یطخریغ خساپ
کیکفت خرن اب( هناماس نیا رد یجورخ ،هدنجنس عابشا تلاح رد )تیب8
ددع و هدش هدیشوپ ًلاماک هناماس هچیرد ادتبا رد .دوب دهاوخ 255
یم تبث یجورخ یم راظتنا .دوش
رفص یجورخ کیرات هنحص یارب دور
تلع هب اما .دشاب هدنجنس کیرات نایرج
نیا اه اطخ نینچمه .تسین هنوگ
هار یکینورتکلا رادم نیبرود زادنا
تسا کیرات نایرج زا لقتسم هک ،4
رد هک تسا نیبرود کینورتکلا رادم رد هتساوخان لانگیس ره لماش یم رهاظ هناماس لاتیجید یجورخ دوش
5[ ].
رییغت اب سپس .دوش مک یجورخ زا کیرات نایرج ریداقم لوا مدق رد یم تبث هدنجنس یجورخ ،هنحص رون یطخ هب ریوصت .دوش
تروص
هس سیرتام هناگ
یم هریخذ و هدناوخRGB صاخ تامیظنت یارب .دوش
هس سیرتام رون عبانم و هناماس یرتام هب لیدبت زاسراکشآ یجورخ هناگ
س
یم یرتسکاخ رادقم لسکیپ( سیرتام ره رصانع نیگنایم سپس .دوش
)اه
یم هبساحم ( یجورخ لاتیجید ددع نامه نیگنایم نیا .دوش
.تسا )DN
یم راظتنا هب زین هناماس یجورخ هک دور عقاورد .دنک رییغت یطخ تروص
رذگ أدبم طخ کی هنحص رون ریداقم بسحرب هناماس یجورخ رادومن جیتن هک دشاب نیا ه
( یجورخ لاتیجید ددع رادومن ؛تسین هنوگ )DN
لکش رد یرون ناوت بسحرب هب سنایدار( .تسا هدمآ3
زیهجت هلیسو
هزادنا رتمویدارورتکپسا یم یریگ
تازیهجت رد تیدودحم لیلد هب اما دوش
ناوت زا دوجوم یم هئارا سنایدار زا یبیرض هک دش هدافتسا جنس
نیا .)دنک
ا یدرکلمع رادومن یم تسد هب هناماس ندوب یطخ ز
عابشا یحاون رد .دهد
3 Digital Number (DN)
4 Frame-bias
یمن رییغت نادنچ یجورخ هنحص رون رییغت اب هدنجنس ثعاب هک دنک
یم .دشاب رتدوهشم عابشا یحاون رد اطخ نیا دوش
( لکش ( یجورخ لاتیجید ددع رادومن :)3 یرون ناوت بسحرب )DN
طخ ،مود هبترم بیرقت یکشم طخ ترم بیرقت نیچ
لوا هب طاقن و
.تسا یلصا هداد گنرزمرق
- 4 ( زیون هب لانگیس تبسن ) SNR
هب زیون هب لانگیس هب تبسن ( هدنجنس یجورخ لاتیجید ددع تروص
)DN
میسقت یم فیرعت درادناتسا رایعم فارحنا رب رادومن .دوش
بسحربSNR
لکش رد هنحص شبات ناوت یجورخ رد زیون زا یفلتخم عاونا .تسا هدمآ4
ماش زاسراکشآ زیون تاش ،هداد ندناوخ رادم زیون ل
زیون ،5
FPN6
دوجو
هب لماوع نیا عومجم .دراد درادناتسا رایعم فارحنا تروص
بیارض وDN
یم فیرعت نآ دوش
4[ ].
نامه یم هدهاشم هک هنوگ و لانگیس حطس یشبات ناوت شیازفا اب دوش
یم شیازفا زیون هب لانگیس تبسن هجیتنرد رادومن دایز ناسون تلع .دبای
هب تبسن لوا هبترم بیرقت ب
نیبرود راکدوخ هره (Auto gain)
یم زا رتشیب یشبات ناوت رد .دشاب زیون هب لانگیس تبسن تاو یلیم 5
یلااب د 300 ب دروم نیا هیوناث هناماس یکیتپا یحارط رد هک میرا دیا
.دریگ رارق هجوتدروم
5 Shot noise
6 Fixed-Pattern Noise (FPN)
( لکش یشبات ناوت بسحرب زیون هب لانگیس تبسن رادومن :)4
- 5 حیحصت سیرتام
لکش هب هجوت اب ( یجورخ لاتیجید ددع رادومن3
)DN هب دیاب تروص
رد زین زاسراکشآ یجورخ یارب لوا هبترم یطخ بیرقت .دشاب یطخ لکش
هب حیحصت سیرتام .تسا هدش مسر3 هنوگ
یم باختنا یا رادومن هک دوش
( یجورخ لاتیجید ددع .دوش قبطنم لوا هبترم یطخ بیرقت رب )DN
هب نیا هدنجنس ندوبن یطخ زا یشان رثا بیترت حیحصت سیرتام لامعا اب اه
یم حلاصا .دوش
1( )
[
DN00 ⋯ DN0m
⋮ ⋱ ⋮
DNm0 ⋯ DNmm
] × [
x00 ⋯ x0m
⋮ ⋱ ⋮
xm0 ⋯ xmm
] = [
l00 ⋯ l0m
⋮ ⋱ ⋮
lm0 ⋯ lmm ]
(DN) (x) (L)
( سیرتام نآ رد هک
،یجورخ لاتیجید ددع )DN (x)
سیرتام
و حیحصت بیارض (L)
نیاربانب .تسا لوا هبترم یطخ بیرقت رادقم
هب حیحصت سیرتام یم هبساحم ریز تروص
:دوش
[
x00 ⋯ x0m
⋮ ⋱ ⋮
xm0 ⋯ xmm
] = [
l00 ⋯ l0m
⋮ ⋱ ⋮
lm0 ⋯ lmm ] × [
DN00 ⋯ DN0m
⋮ ⋱ ⋮
DNm0 ⋯ DNmm ]
−1
2( ) فرص کیرات نایرج ریداقم سیرتام زا تابساحم نیا رد .تسا هدش رظن
هب جیاتن زا هدافتسا اب تسد
لکش رادومن زا هدمآ سیرتام لیکشت دنیارف3
طباور زا هدافتسا اب و1
.تفرگ تروص2
- 6 هجیتن
یارب یشور دنیآرف یفرعم هب ،هلاقم نیا رد هزادنا
نویساربیلاک و یریگ
هناماس کی یطخریغ خساپ یرادربریوصت
CMOS همادا رد ؛دش هتخادرپ
خساپ و ندوب یطخ زین یارب زیون هب لانگیس حطس و هناماس یهد
یدنبرکیپ هب )توافتم هنحص رون( فلتخم یاه و یسررب یبرجت تروص
راتفر ندروآ تسد هب اب سپس و .تفرگ رارق هعلاطمدروم هناماس راتفر خساپ
یم ریوصت رد یعنصت تارثا داجیا ثعاب هک هناماس یهد وش
،د
دش حلاصا ییاهن جیاتن و لیکشت حیحصت سیرتام .دن
عجارم
[1] A. Roman-Gonzalez, "Compression based analysis of image artifacts: Application to satellite images," Telecom ParisTech, 2013 .
[2] J.-Y. Lee, Y. Matsushita, B. Shi, I. S.
Kweon, and K. Ikeuchi, "Radiometric calibration by rank minimization," IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, vol. 35, no. 1, pp.
144-156, 2012 .
[3] U. Beisl, "Absolute spectroradiometric calibration of the ADS40 sensor,"
International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, vol. 36, 2006 .
[4] G. R. Hopkinson, T. M. Goodman, and S.
R. Prince, "A guide to the use and calibration of detector array equipment," SPIE Press Bellingham, 2004 . [5] T. Li, M. He, N. Lei, C. Li, and Q. Wang,
"TDI CCD non-uniformity correction algorithm," in 2009 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2009.
