一种红外热像仪的校正装置及方法及其红外热像仪[发明专利]

*CN102768072A*

(10)申请公布号 CN 102768072 A(43)申请公布日 2012.11.07

(12)发明专利申请

(21)申请号 201210285742.4(22)申请日 2012.08.13

(71)申请人电子科技大学

地址611731 四川省成都市高新区（西区）西

源大道2006号(72)发明人刘子骥 曾星鑫 蔡贝贝 杨书兵

蒋亚东(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所

(普通合伙) 51220

代理人谭新民(51)Int.Cl.

G01J 5/00(2006.01)

权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 3 页权利要求书2页 说明书7页 附图3页

()发明名称

一种红外热像仪的校正装置及方法及其红外热像仪(57)摘要

本发明实施例公开了一种红外热像仪的校正装置，包括：第一驱动装置；具有第一温度的第一黑体挡片，连接到第一驱动装置的输出端；第二驱动装置；具有第二温度的第二黑体挡片，连接到第二驱动装置的输出端；控制器，连接到第一驱动装置和第二驱动装置，并控制第一黑体挡片在第一位置和第二位置之间运动，以及控制第二黑体挡片在第三位置和第四位置之间运动。本发明实施例中，分别使第一黑体挡片和第二黑体挡片运动到红外焦平面探测器和红外镜头之间，获得第一和第二红外原始图像，从而获得红外图像的校正参数。可以实时地对红外热像仪进行校正参数更新，以适应不同的条件和环境的变化。CN 102768072 ACN 102768072 A

权 利 要 求 书

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1.一种红外热像仪的校正装置，其特征在于，包括：第一驱动装置；第一黑体挡片，所述第一黑体挡片具有第一温度，并且连接到所述第一驱动装置的输出端；

第二驱动装置；第二黑体挡片，所述第二黑体挡片具有第二温度，并且连接到所述第二驱动装置的输出端；

控制器，所述控制器连接到所述第一驱动装置和所述第二驱动装置，并控制所述第一驱动装置驱动所述第一黑体挡片在第一位置和第二位置之间运动，以及控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片在第三位置和第四位置之间运动；

其中：

在所述第一位置，所述第一黑体挡片位于红外热像仪的红外焦平面探测器和红外镜头之间；在所述第二位置，所述第一黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间之外；

在所述第三位置，所述第二黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间；在所述第四位置，所述第二黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间之外。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一黑体挡片还包括第一温度控制装置，所述第一温度控制装置连接到所述第一黑体挡片并控制所述第一黑体挡片的所述第一温度。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二黑体挡片还包括第二温度控制装置，所述第二温度控制装置连接到所述第二黑体挡片并控制所述第二黑体挡片的所述第二温度。

4.一种使用如权利要求1至3中任意一项所述的校正装置校正红外图像的方法，其特征在于，包括：

所述控制器控制所述第一驱动装置驱动所述第一黑体挡片运动到所述第一位置；所述红外热像仪进行红外成像，获得第一红外原始图像；

所述控制器控制所述第一驱动装置驱动所述第一黑体挡片运动到所述第二位置；所述控制器控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片运动到所述第三位置；所述红外热像仪进行红外成像，获得第二红外原始图像；

所述控制器控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片运动到所述第四位置；所述控制器根据所述第一红外原始图像和所述第二红外原始图像计算所述红外图像的校正参数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述控制器根据所述第一红外原始图像和所述第二红外原始图像计算所述红外图像的校正参数包括：

计算所述第一红外原始图像的均值，获得第一均值；计算所述第二红外原始图像的均值，获得第二均值；根据所述第一均值和所述第二均值计算所述校正参数。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述校正参数为非均匀性校正参数。

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权 利 要 求 书

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7.一种红外热像仪，其特征在于，包括如权利要求1至3中任意一项所述的校正装置。

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说 明 书

一种红外热像仪的校正装置及方法及其红外热像仪

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[0001]

技术领域

本发明涉及红外成像领域，特别是涉及一种红外热像仪的校正装置及方法及其红

外热像仪。

[0002]

背景技术

红外热像仪是20世纪70年代末80年代初在国防应用以及其他战略与战术应用

的推动下发展起来的，它是获取景物红外热辐射信息的重要光电器件。除应用于传统的局势成像外，红外焦平面探测器还广泛应用于工业自控、医疗诊断、化学过程检测、红外天文学等领域。

[0004] 红外焦平面探测器的非均匀性是由于红外焦平面阵列每个探测单元具有不同的输出响应特性而导致的在外界同一均匀辐射场输入时各探测单元之间输出所具有的不一致性。通常称这种不一致性噪声为非均匀性噪声，在图像上具体表现为空间噪声或固定图案噪声。这种非均匀性导致的空域噪声通常远远大于时域噪声，不能通过时域平均得到抑制，是红外热像仪的整体成像性能的最主要因素。

[0005] 对红外热像仪非均匀性校正就是为了改善其性能，提高其成像质量，同时应该有较高的性价比和较快的速度。所以其校正应遵循以下几个原则：l) 所有的像元在校正后都能按光电转换特性产生输出信号；2) 校正应在传感器的整个工作范围内都有效；3) 校正后的信号输出响应要尽量快，最好是实时的；4)校正的参数应尽量少，以减小数学模型和硬件电路的复杂程度。

[0006] 传统的热像仪都会有非均匀性校正过程，一般会在出厂之前进行标定，将非均匀性校正参数固化在热像仪内部。但由于长时间使用或使用环境与标定环境差异太大，往往固化的非均匀性校正参数会出现完全或部分失效。这时，热像仪就需要回厂重新用黑体进行标定，并将新数据再次固化，因此给使用上带来许多不便。

[0003]

发明内容

[0007] 本发明的目的之一是提供一种可以实时对红外热像仪的校正参数进行更新的装置和方法。

[0008] 本发明的目的之一是提供一种能够在现场自动化的进行标定和校正工作、实时的更新校正参数的红外热像仪的校正装置及方法及其热像仪。[0009] 本发明实施例公开的技术方案包括：

一种红外热像仪的校正装置，其特征在于，包括：第一驱动装置；第一黑体挡片，所述第一黑体挡片具有第一温度，并且连接到所述第一驱动装置的输出端；第二驱动装置；第二黑体挡片，所述第二黑体挡片具有第二温度，并且连接到所述第二驱动装置的输出端；控制器，所述控制器连接到所述第一驱动装置和所述第二驱动装置，并控制所述第一驱动装

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说 明 书

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置驱动所述第一黑体挡片在第一位置和第二位置之间运动，以及控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片在第三位置和第四位置之间运动；其中：在所述第一位置，所述第一黑体挡片位于红外热像仪的红外焦平面探测器和红外镜头之间；在所述第二位置，所述第一黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间之外；在所述第三位置，所述第二黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间；在所述第四位置，所述第二黑体挡片位于所述红外焦平面探测器和所述红外镜头之间之外。[0010] 进一步地，所述第一黑体挡片还包括第一温度控制装置，所述第一温度控制装置连接到所述第一黑体挡片并控制所述第一黑体挡片的所述第一温度。[0011] 进一步地，所述第二黑体挡片还包括第二温度控制装置，所述第二温度控制装置连接到所述第二黑体挡片并控制所述第二黑体挡片的所述第二温度。

[0012] 本发明的实施例中还提供一种使用上述校正装置校正红外图像的方法，其特征在于，包括：所述控制器控制所述第一驱动装置驱动所述第一黑体挡片运动到所述第一位置；所述红外热像仪进行红外成像，获得第一红外原始图像；所述控制器控制所述第一驱动装置驱动所述第一黑体挡片运动到所述第二位置；所述控制器控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片运动到所述第三位置；所述红外热像仪进行红外成像，获得第二红外原始图像；所述控制器控制所述第二驱动装置驱动所述第二黑体挡片运动到所述第四位置；所述控制器根据所述第一红外原始图像和所述第二红外原始图像计算所述红外热像仪的校正参数。

[0013] 进一步地，所述控制器根据所述第一红外原始图像和所述第二红外原始图像计算所述红外热像仪的校正参数包括：计算所述第一红外原始图像的均值，获得第一均值；计算所述第二红外原始图像的均值，获得第二均值；根据所述第一均值和所述第二均值计算所述校正参数。

[0014] 进一步地，所述校正参数为非均匀性校正参数。[0015] 本发明的实施例中还提供一种红外热像仪，其特征在于，包括上述的任意一种校正装置。

[0016] 本发明的实施例中，在红外热像仪中设置了具有不同温度的第一黑体挡片和第二黑体挡片，当红外热像仪需要更新校正参数时，分别使第一黑体挡片和第二黑体挡片运动到红外热像仪的红外焦平面探测器和红外热像仪的红外镜头（或者光阑）之间，即可对第一黑体挡片和第二黑体挡片成像获得第一红外原始图像和第二红外原始图像，根据该第一红外原始图像和第二红外原始图像即可获得红外图像的校正参数。这样，可以实时地对对红外图像进行校正参数更新，从而使得红外热像仪可以适应不同的条件和环境的变化，方便地进行实时成像。

附图说明

[0017] 图1是本发明一个实施例的红外热像仪的校正装置的结构示意图。[0018] 图2是本发明一个实施例的红外热像仪的校正装置的立体示意图。

[0019] 图3是本发明一个实施例的使用本发明的实施例中的红外热像仪的校正装置校正红外图像的方法的流程示意图。

[0020] 图4是本发明另一个实施例的使用本发明的实施例中的红外热像仪的校正装置

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说 明 书

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校正红外图像的方法的流程示意图。

具体实施方式

[0021] 如图1和图2所示，本发明的一个实施例中，红外热像仪中包括红外热像仪的校正装置，该校正装置设置在红外热像仪中，是红外热像仪的一部分。本发明的一个实施例中，该红外热像仪的校正装置包括第一驱动装置3、第一黑体挡片1、第二驱动装置4、第二黑体挡片2和控制器。第一黑体挡片1连接到第一驱动装置3的输出端，第一驱动装置3可以驱动第一黑体挡片1运动；第二黑体挡片2连接到第二驱动装置4的输出端，第二驱动装置4可以驱动第二黑体挡片2运动；第一黑体挡片1具有第一温度，第二黑体挡片2具有第二温度。这里，第一驱动装置3和第二驱动装置4的“输出端”是指第一驱动装置3和第二驱动装置4输出动力的端口，例如，当第一驱动装置3和第二驱动装置4为电机时，这里的“输出端”指电机的输出轴。[0023] 本发明的实施例中，第一驱动装置3和第二驱动装置4可以设置在红外热像仪中，例如，固接在红外热像仪上的适当的位置。[0024] 控制器（图中未示出）也可以设置在红外热像仪中，可以为单独的元件，也可以是集成在红外热像仪的控制器中，作为红外热像仪的控制器的一部分。

[0025] 控制器连接到第一驱动装置3和第二驱动装置4。控制器可以控制第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1运动，例如，在第一位置和第二位置之间运动。一个实施例中，这里的“第一位置”是指第一黑体挡片1位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间的位置，例如，如图1中第一黑体挡片1所处的位置；“第二位置”是指第一黑体挡片1位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间之外的位置，即除了红外焦平面探测器5和红外镜头9（或者光阑6）之间的位置之外的任何位置。[0026] 类似地，控制器可以控制第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2运动，例如，在第三位置和第四位置之间运动。一个实施例中，这里的“第三位置”是指第二黑体挡片2位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间的位置；“第四位置”是指第二黑体挡片2位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间之外的位置，即除了红外焦平面探测器5和红外镜头9（或者光阑6）之间的位置之外的任何位置，例如，如图1中第二黑体挡片2所处的位置。

[0022]

本发明的实施例中，第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1的运动和/或第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2的运动可以是转动，如图1和图2中的实施例所示；也可以是平动，例如，通过直线电机或者其它能够实现平动的机构（例如，齿轮齿条机构）驱动黑体挡片在两个位置之间平动（图中未示出）。这里，实现平动的机构可以是任何适合的机构，在此不再赘述。

[0028] 本发明的实施例中，第一驱动装置3和第二驱动装置4可以是任何能够驱动第一黑体挡片1和第二黑体挡片2在各自的两个位置之间运动的任何驱动装置，例如，电机，等等。

[0029] 本发明的实施例中，第一黑体挡片1和第二黑体挡片2可以是本领域内常用的黑体挡片，如高热导率的金属材料挡片。

[0027]

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说 明 书

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本发明的实施例中，第一黑体挡片1的第一温度和第二黑体挡片2的第二温度的

值可以根据实际情况的需要灵活设置。例如，一个实施例中，第一温度可以为20摄氏度，第二温度可以为40摄氏度。当然，本领域技术人员容易理解，本发明的实施例中，该第一温度不限于20摄氏度，第二温度不限于40摄氏度，而是可以为根据实际的需求，选取任何适合的温度值。

[0031] 本发明的一个实施例中，第一黑体挡片1还包括有第一温度控制装置7，第一温度控制装置7连接到第一黑体挡片1，并且可以控制第一黑体挡片1的温度，即控制第一黑体挡片1的该第一温度。

[0032] 本发明的一个实施例中，第二黑体挡片2还包括有第二温度控制装置8，第二温度控制装置8连接到第二黑体挡片2，并且可以控制第二黑体挡片2的温度，即控制第二黑体挡片2的该第二温度。

[0033] 本发明的实施例中，第一温度控制装置7和第二温度控制装置8可以是任何能够控制黑体挡片温度（即第一黑体挡片1和第二黑体挡片2的温度）的装置。例如，一个实施例中，第一温度控制装置7和/或第二温度控制装置8为合适的温度控制器，比如半导冷器（TEC）。

[0034] 下面具体说明使用本发明的实施例中的红外热像仪的校正装置校正红外图像的方法。

[0035] 如图3所示，本发明的一个实施例中，使用本发明的实施例中的红外热像仪的校正装置校正红外图像的方法包括步骤10、步骤12、步骤14、步骤16和步骤18。[0036] 步骤10：第一黑体挡片1运动到第一位置。

[0037] 当红外热像仪需要校正或者更新其校正参数时，例如，前述红外热像仪的校正装置的控制器接收到需要校正红外图像或者需要更新红外图像的校正参数的指令或者信号时，首先，控制器控制第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1运动（例如，转动或者平动）到第一位置。此时，第一黑体挡片1位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间。

[0038] 使第一黑体挡片1的温度为T1（即第一温度为T1）。[0039] 步骤12：获得第一红外原始图像。

[0040] 将第一黑体挡片1运动到第一位置之后，使红外热像仪进行红外成像。此时，由于第一黑体挡片1位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间，因此红外热像仪所成的图像是对温度为第一温度的第一黑体挡片1所成的红外图像，该所成的红外图像即为第一红外原始图像。[0041] 例如，红外热像仪的红外焦平面探测器的探测单元阵列为M×N时，第一红外原始图像将包含M×N个像素点，每个像素点（i,j）具有各自的值U1(i,j)，例如，像素点的该值可以用该像素点对应的探测单元的响应电压表示。这里，M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数，i、j分别表示一个像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)。[0042] 用红外热像仪进行成像的具体步骤可以使用本领域内常用的步骤，在此不再详述。

[0043] 步骤14：第二黑体挡片2运动到第三位置。

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获得第一红外原始图像之后，控制器控制第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1运

动到第二位置，即使得第一黑体挡片1不再位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间。[0045] 然后，控制器控制第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2运动（例如，平动或者转动）到第三位置，即使得第二黑体挡片2位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间。

[0046] 使第二黑体挡片2的温度为T2（即第二温度为T2）。[0047] 步骤16：获得第二红外原始图像。

[0048] 将第二黑体挡片2运动到第三位置之后，使红外热像仪进行红外成像。此时，由于第二黑体挡片2位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外焦平面热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间，因此红外热像仪所成的图像是对温度为第二温度的第二黑体挡片2所成的红外图像，该所成的红外图像即为第二红外原始图像。[0049] 与步骤12中获得第一红外原始图像类似，红外热像仪的红外焦平面探测器的探测单元阵列为M×N时，第二红外原始图像将包含M×N个像素点，每个像素点（i,j）具有各自的值U2(i,j)，例如，像素点的该值可以用该像素点对应的探测单元的响应电压表示。这里，M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数，i、j分别表示一个像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)。

[0050] 用红外焦平面热像仪进行成像的具体步骤可以使用本领域内常用的步骤，在此不再详述。

[0051] 获得了第二红外原始图像之后，控制器控制第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2运动到第四位置，即使第二黑体挡片2不再位于红外热像仪的红外焦平面探测器5和红外热像仪的红外镜头9（或者光阑6）之间，避免阻碍红外热像仪的正常工作。[0052] 步骤18：根据第一红外原始图像和第二红外原始图像计算校正参数。[0053] 获得了第一红外原始图像和第二红外原始图像之后，控制器根据该第一红外原始图像和该第二红外原始图像计算红外图像的校正参数。[00] 本发明的一个实施例中，根据第一红外原始图像和第二红外原始图像计算红外图像的校正参数可以包括下述步骤。[0055] （1）计算第一红外原始图像的均值，获得第一均值。[0056] 例如，一个实施例中，可以按照下式计算第一均值：

，

其中，为第一均值；U1(i,j)为第一红外原始图像中像素点（i,j）的值，其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

[0057] （2）计算第二红外原始图像的均值，获得第二均值。[0058]

例如，一个实施例中，可以按照下式计算第一均值：

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说 明 书

，

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其中，

为第二均值；U2(i,j)为第二红外原始图像中像素点（i,j）的值，其中i、j分

别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1),

0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。

[0059] （3）根据第一均值和第二均值计算校正参数。[0060]

例如，一个实施例中，可以按照下式计算第一均值：

，，

其中G（i,j）为像素点（i,j）的第一校正参数；O（i,j）为像素点（i,j）的第二校正参数；为第一均值；为第二均值；U1(i,j)为第一红外原始图像中像素点（i,j）的值；U2(i,j)为第二红外原始图像中像素点（i,j）的值，其中i、j分别表示像素点所在的行和所在的列，i和j均为大于等于0的整数，且其中0≤i≤(M-1), 0≤j≤(N-1)；M、N分别表示红外焦平面探测器的探测单元阵列的行数和列数，均为大于0的自然数。[0061] 本发明的实施例中，前面提到的“校正参数”可以是非均匀性校正参数，该非均匀性校正参数用于红外热像仪的非均匀性校正。[0062] 例如，如图4所示，本发明的一个实施例中，首先初始化红外热像仪的校正参数，然后开始用红外热像仪进行正常的成像。当需要更新非均匀性校正参数（例如，因为探测器的条件发生变化）时，使用前述各实施例中的任意一个实施例中的方法计算非均匀性校正参数。例如：

控制器控制第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1运动到第一位置；红外热像仪进行红外成像，获得第一红外原始图像；

控制器控制第一驱动装置3驱动第一黑体挡片1运动到第二位置；控制器控制第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2运动到第三位置；红外热像仪进行红外成像，获得第二红外原始图像；

控制器控制第二驱动装置4驱动第二黑体挡片2运动到第四位置；

控制器根据第一红外原始图像和第二红外原始图像计算红外图像的非均匀性校正参数。

[0063] 控制器根据第一红外原始图像和第二红外原始图像计算红外图像的非均匀性校正参数可以包括：

计算第一红外原始图像的均值，获得第一均值；计算第二红外原始图像的均值，获得第二均值；根据第一均值和第二均值计算非均匀性校正参数。本实施例中，计算非均匀性校正参数的具体方法可以与前述各个实施例中的任意

一个实施例相同，在此不再赘述。

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然后，更新计算出的非均匀性校正参数，并用更新后的非均匀性校正参数对红外

热像仪进行校正，并进行正常的红外成像（如图4中的“采集成像目标探测器响应数据”“非、均匀校正”、“其他图像预处理”和“获得正常红外图像”等步骤所述）。这种正常的红外成像步骤可以是本领域内常用的红外成像步骤，在此不再赘述。[0066] 在正常的红外成像的过程中，当需要更新非均匀性校正参数（例如，因为探测器的条件发生变化）时，重复前述的步骤，从而再次更新红外热像仪的非均匀性校正参数。[0067] 本发明的实施例中，在红外热像仪中设置了具有不同温度的第一黑体挡片和第二黑体挡片，当红外热像仪需要更新校正参数时，分别使第一黑体挡片和第二黑体挡片运动到红外热像仪的红外焦平面探测器和红外热像仪的红外镜头（或者光阑）之间，即可对第一黑体挡片和第二黑体挡片成像获得第一红外原始图像和第二红外原始图像，根据该第一红外原始图像和第二红外原始图像即可获得红外图像的校正参数。这样，可以实时地对对红外热像仪进行校正参数更新，从而使得红外热像仪可以适应不同的条件和环境的变化，方便地进行实时成像。

[0068] 以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

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说 明 书 附 图

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图4

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