非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法，它包括非均勻性校正方法、盲元校正方法、圖像濾波去噪方法、圖像增強方法和偽彩變換方法。本發(fā)明提供一種非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法，該方法能夠?qū)D像的非均勻性和無效像元進行處理，提高紅外成像時的實際溫度高分辨率，能夠?qū)D像的噪聲、圖像對比度、圖像灰度范圍進行處理，使得圖像清晰。
【專利說明】非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 紅外成像電子學(xué)組件是熱成像系統(tǒng)的重要組成部分，其肩負著充分發(fā)揮紅外焦平 面探測器性能、將紅外焦平面探測器輸出的電信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為視頻信號或者其它系統(tǒng) 規(guī)定格式的信號的功能。紅外成像電子學(xué)組件則包括硬件系統(tǒng)和圖像處理算法兩大部分， 由于當前硬件系統(tǒng)平臺已經(jīng)十分完善，因此紅外圖像處理技術(shù)成為成像電子學(xué)組件的重要 研究內(nèi)容。紅外圖像處理技術(shù)需要針對紅外圖像的具體特點而開展。受限于紅外探測器的 制作工藝難度和材料純度影響，紅外圖像主要存在如下幾個共性問題：第一，紅外成像受非 均勻性及無效像元的影響，實際溫度分辨率不高；第二，紅外成像普遍存在噪聲大、圖像對 比度低、灰度范圍窄的現(xiàn)象。
[0003] 針對上述缺陷，需要提供一種系統(tǒng)的方法對紅外圖像進行處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非制冷紅外焦平面探測器圖像 處理系統(tǒng)及方法，該方法能夠?qū)D像的非均勻性和無效像元進行處理，提高紅外成像時的 實際溫度高分辨率，能夠?qū)D像的噪聲、圖像對比度、圖像灰度范圍進行處理，使得圖像清 晰。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：非制冷紅外焦平面探測器圖像處理 系統(tǒng)及方法，它包括非均勻性校正方法、盲元校正方法、圖像濾波去噪方法、圖像增強方法 和偽彩變換方法；
[0007] 所述的非均勻性校正方法包括兩點線性非均勻校正和基于目標、環(huán)境的二元非線 性非均勻校正，其中兩點線性非均勻校正包括以下子步驟： 5101 :使焦平面通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對準，黑體輻射均勻照射在紅外焦平面陣 列上，并充滿焦平面的整個視場； 5102 :控制黑體輻射源的溫度在TL ; 5103 :測量焦平面每個探測元的響應(yīng)值yu( (K)，該測量值在一個預(yù)先設(shè)定的曝光時間 內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲在第一存儲單元； 5104 :重復(fù)步驟S103,在大量設(shè)定的時間內(nèi)完成大量的測試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10 次； 5105 :計算每個探測元在TL下的響應(yīng)平均值馬(么）； 5106 :計算所有探測元的響應(yīng)值的平均值' ; 5107 :設(shè)置黑體輻射源的溫度在TH，且TL〈TH ; 5108 :重復(fù)步驟S103?S106,計算每一探測元在溫度TH下的響應(yīng)平均值及所 有探測元的響應(yīng)平均值Vh ; S109 :計算每一探測元的校正增益Gij和偏移量Oij,分別存儲在查找表（LUT)內(nèi)，以供 校正時取用；

【權(quán)利要求】
1.非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法，其特征在于：它包括非均勻性校正 方法、盲元校正方法、圖像濾波去噪方法、圖像增強方法和偽彩變換方法； 所述的非均勻性校正方法包括兩點線性非均勻校正和基于目標、環(huán)境的二元非線性非 均勻校正，其中兩點線性非均勻校正包括以下子步驟： 5101 :使焦平面通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對準，黑體輻射均勻照射在紅外焦平面陣 列上，并充滿焦平面的整個視場； 5102 :控制黑體輻射源的溫度在TL; 5103 :測量焦平面每個探測元的響應(yīng)值yu( (K)，該測量值在一個預(yù)先設(shè)定的曝光時間 內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲在第一存儲單元； 5104 :重復(fù)步驟S103,在大量設(shè)定的時間內(nèi)完成大量的測試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10 次； 5105 :計算每個探測元在TL下的響應(yīng)平均值A(chǔ)(么）； 5106 :計算所有探測元的響應(yīng)值的平均值' ; 5107 :設(shè)置黑體輻射源的溫度在TH，且TL〈TH; 5108 :重復(fù)步驟S103?S106,計算每一探測元在溫度TH下的響應(yīng)平均值乂(^)及所 有探測元的響應(yīng)平均值VH; 5109 :計算每一探測元的校正增益Gij和偏移量Oij,分別存儲在查找表（LUT)內(nèi)，以供 校正時取用；
S110:根據(jù)查找表（LUT)內(nèi)的增益和偏移量系數(shù)，對紅外圖像進行校正，得到校正后輸 出yij(η)， Yij (η) =Gij (n)Xij (η) +Oij (η)； Xij(η)為η時刻像素（i,j)非均勻性校正前的輸出，Yij(Ii)為η時刻像素（i,j)兩點 非均勻性校正后的輸出； 基于目標、環(huán)境的二元非線性非均勻校正包括以下子步驟： 5121 :使紅外焦平面探測器通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對準，黑體輻射均勻照射在紅 外焦平面探測器陣列上，并充滿紅外焦平面探測器的整個視場，并將黑體輻射源的溫度控 制在某一溫度定標點上； 5122 :在一個溫度范圍內(nèi)的八個定標點溫度條件下，很到八組紅外焦平面探測器的各 個探測單元的響應(yīng)值； S123:在每一定標溫度點上對于整個紅外焦平面探測器的所有探測單元的響應(yīng)值進行 平均，獲得其在八個溫度定標點處的八個平均響應(yīng)值； S124 :對前兩步獲得的8組定標點響應(yīng)數(shù)據(jù)和平均響應(yīng)值進行最小二乘曲線擬合，獲 得每個探測單元的校正參數(shù)e、g、h,并將這些校正參數(shù)保存； S125 :最后對需要進行校正的圖像數(shù)據(jù)帶入校正函數(shù)Z' =eZ2+gZ2+h，進行非線性非均 勻性校正輸出； 所述的盲元校正方法包括如下子步驟： 5201 :對圖像進行檢測，在有盲元的地方作標記，作為查找表存放在RMA中； 5202 :計算盲元點3*3窗口灰度的平均值，
其中Aij為各像素點的貢獻因子 5203 :將得到的平均值作為本盲元的輸出； 所述的圖像濾波去噪方法包括快速中值濾波和帶閾值的均值濾波，其中，快速中值濾 波包括如下子步驟： 5301 :將圖像的像素點進行從左到右，從上到下的依次排序，定義有N列，有M行，則第 N列M行的像素為Xw ; 5302 :比較每一行的像素，得到每一行的最大值、中間值和最小值； 最大值為：Max-max{Xjiij. . . ,XjinI； 中間值為：Med=med{XM1，…，XmJ; 最小值為：Min=min{XM1，. . .，Xm}; 其中M為1?M的任一整數(shù)； 5303 :分別比較各行的最大值，中間值和最小值，得到最大值中的最小值、中間值中的 中間值和最小值中的最大值； Min_of_max=min{Max}； Med_of_med=med{Med}； Max_of_min=max{Min}； 5304 :比較S303中得到最大值中的最小值、中間值中的中間值和最小值中的最大值， 得到中間值，該中間值就是最終的濾波結(jié)果； Meddata=med{Min_of_max,Med_of_med,Max_of_min}； 所述的帶閾值的均值濾波包括如下子步驟： 5321 :將圖像的像素點進行從左到右，從上到下的依次排序，定義有j列，有i行，則第 j列i行的像素為Pij; 5322 :當前處理點為Plj，設(shè)定累加初值tot_P=Plj，像素計數(shù)count_P= 1 ; 5323 :計算周圍點與Plj的差值的絕對值，ABSij=abs(Plj-Pij)其中Pij為周圍像 素點； 5324 :如果ABSij〈Threshold,則tot_P=tot_P+Pij,count_P=count_P+l; 5325 :遍歷完周圍所有點后，out_Plj=tot_P/count_P; 所述的圖像增強方法包括雙閾值增強和邊緣增強；所述的雙閾值增強包括雙閾值映射 和雙閾值自適應(yīng)增強兩部分，雙閾值增強包括如下子步驟： S401 :統(tǒng)計原始圖像中各個灰度級的像素點個數(shù)a(n)，計算并構(gòu)建原始直方圖； 5402 :遍歷原始直方圖，剔除截斷閾值rT以下的冗余灰度級，并映射得到新直方圖的 各灰度級k，ke[l，Lth]，其中
通常取rT=max[a(η) ] /100 ; 5403 :采用分界閾值選取方法，自適應(yīng)地選取新得到直方圖的rD; S404:根據(jù)rD，運用下式進行分界閾值映射，得到映射后的灰度η;
S405:遍歷圖像，對照截斷閾值映射后的灰度級k，將分界閾值映射后的各灰度級η映 射到相應(yīng)的像素點，而被剔除的冗余灰度級的對應(yīng)像素點灰度則用最小的像素點對應(yīng)灰度 代替； 5406 :使用小波函數(shù)waveded對已得到的圖像進行二維離散多分辨率分解，選擇的小 波基為db8,分解為兩層； 5407 .對丨的高頗
系救做白括府憎礎(chǔ)々卜理. 式中：G為增益因子；Win和Wout為變換前后的小波系數(shù)，G與噪聲顯著性指數(shù)g的關(guān) 系為
式中：gl和g2分別為門限閾值（gl〈g2); 5408 :對低頻系數(shù)采用線性調(diào)節(jié)方式來調(diào)節(jié)對比度，實現(xiàn)對圖像的增強處理； 邊緣增強包括以下子步驟： 5421 :對原始紅外圖像進行拉普拉斯變換，獲得邊緣圖像&(1，7); 5422 :將平臺直方圖均衡化后的圖像&〇^，7)乘以一個經(jīng)驗系數(shù)得到處理后圖像； 5423 :將處理后圖像與邊緣圖像疊加生成紅外圖像fdj(x,y)， fdj(x^v) =d*fT (x,y)+fB (x,y)； 5424 :對疊加后的灰度值進行限制得到最終的紅外圖像fN(x，y)，
所述的偽彩變換方法包括密度分割、空間域灰度級-彩色變換和頻率域偽彩色增強； 其中，所述的密度分割是對圖像亮度范圍進行分割，使一定亮度間隔對應(yīng)于某一類地 物或幾類地物，從而有利于圖像的增強和分類，并且為每個區(qū)間指定一種彩色，從而將灰度 圖像變成一幅偽彩色圖像； 所述的空間域灰度級-彩色變換根據(jù)色度學(xué)原理，將原圖像的灰度分段經(jīng)過紅、綠、藍 三種不同變換，變成三基色分量，然后用它們分別去控制彩色顯示器的紅、綠、藍電子槍，便 可以在彩色顯示器的屏幕上合成一幅彩色圖像； 所述的頻率域偽彩色增強先把黑白圖像經(jīng)傅立葉變換到頻率域，在頻率域內(nèi)三個不同 傳遞特性的濾波器分離成三個獨立分量，然后對它們進行逆傅立葉變換，便得到三幅代表 不同頻率分量的單色圖像，接著對這三幅圖像進行直方圖均衡化，最后將它們作為三基色 分量分別加到彩色顯示器的紅、綠、藍顯示通道，從而實現(xiàn)頻率域分段的偽彩色增強。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法，其特征在 于：所述的盲元校正方法中步驟S202中若有連續(xù)的盲元存在，則周邊盲元不進行統(tǒng)計，只 統(tǒng)計正常像素點的平均值，且貢獻因子Aij可配置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外焦平面探測器圖像處理系統(tǒng)及方法，其特征在 于：所述的圖像增強方法中的步驟S411中獲得邊緣圖像的拉普拉斯變換邊緣提取算子為 一個3*3的濾波器，其為：
【文檔編號】G06T5/00GK104240206SQ201410520120
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】曾衡東 申請人:成都市晶林科技有限公司