一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增 強(qiáng)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外熱成像技術(shù)因其隱蔽性和適應(yīng)性具有極高的軍事戰(zhàn)略應(yīng)用前景，近年來因?yàn)?紅外成像器制造成本的不斷下降，使得紅外成像器在民用領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng) 用，如監(jiān)控、安防、工業(yè)檢測(cè)以及醫(yī)用衛(wèi)生等領(lǐng)域。隨著紅外成像器的廣泛應(yīng)用，如何提高紅 外成像器的探測(cè)距離、目標(biāo)搜索和跟蹤能力成為國內(nèi)外一直關(guān)注的研究方向。
[0003] 紅外圖像表征場(chǎng)景的紅外輻射分布，主要取決于景物的發(fā)射率和溫度分布，其灰 度波動(dòng)來源于場(chǎng)景輻射中各部分的輻射變化。由于探測(cè)器靈敏度的限制和普遍存在的熱傳 導(dǎo)現(xiàn)象以及探測(cè)器響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍很大，導(dǎo)致圖像場(chǎng)景中目標(biāo)細(xì)節(jié)無法只通過對(duì)比度增強(qiáng) 的方式清晰地顯現(xiàn)出來，因此需要紅外圖像的細(xì)節(jié)增技術(shù)。紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)技術(shù)通過增 強(qiáng)紅外場(chǎng)景中目標(biāo)與背景之間的灰度對(duì)比度以及目標(biāo)自身表面細(xì)微結(jié)構(gòu)（如邊沿、輪廓、 紋理等）的對(duì)比度來提高對(duì)細(xì)小目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別的能力，增強(qiáng)對(duì)圖像內(nèi)容和關(guān)鍵細(xì)節(jié)信息 理解的準(zhǔn)確性，可為人眼判斷或后續(xù)自動(dòng)識(shí)別和跟蹤提供基礎(chǔ)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法和裝置存在過沖和偽細(xì)節(jié)現(xiàn)象，難以滿足高 動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景等場(chǎng)景的紅外圖像處理要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題為：現(xiàn)有技術(shù)中的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法和裝置存在 過沖和偽細(xì)節(jié)現(xiàn)象，難以滿足紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)的技術(shù)要求。。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：
[0007] -種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，包括以下步驟：步驟1.利用向?qū)?濾波器對(duì)紅外圖像進(jìn)行基頻和細(xì)節(jié)的分離；步驟2.采用自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化對(duì)基頻 圖像進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整；步驟3.合成最終輸出圖像。
[0008] 作為優(yōu)選方案：步驟1中，經(jīng)過向?qū)V波器處理后的圖像如式（1)所示： 一_1-
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1.利用向?qū)V波器對(duì)紅外圖像進(jìn)行基頻和細(xì)節(jié)的分離； 步驟2.采用自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化對(duì)基頻圖像進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整； 步驟3.合成最終輸出圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，其特征在 于：步驟1中，經(jīng)過向?qū)V波器處理后的圖像如式（1)所示：
式（2)中的方差％2由方差公式可得：
式中， Pi為向?qū)D像中點(diǎn)i的像素值； 1為輸出圖像中點(diǎn)i的像素值；wk為一個(gè)窗口； w|為窗口wk內(nèi)像素的個(gè)數(shù)； k為wk窗口中每個(gè)像素點(diǎn)； i為wk窗口中正在處理的像素點(diǎn)； 4為向?qū)D像在窗口wk內(nèi)的方差； ^為向?qū)D像在窗口wk內(nèi)的均值；e為平滑系數(shù)； 綜上，經(jīng)過向?qū)V波器處理后的圖像的表達(dá)式如式（3)所示：
細(xì)節(jié)圖像的表達(dá)式如式（4)所示：
式中，Ii為細(xì)節(jié)圖像中點(diǎn)i的像素值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，其特征在 于：步驟2中，假設(shè)輸入圖像為Q，分辨率為WXH，自適應(yīng)平臺(tái)直方圖實(shí)現(xiàn)步驟如下： 步驟2. 1.統(tǒng)計(jì)整幅圖像的灰度直方圖； 步驟2. 2.分析直方圖，根據(jù)式（5)確定平臺(tái)閾值T:
式中，Nvalid為整個(gè)灰度直方圖中的有效灰階數(shù)量； 步驟2. 3.根據(jù)式（6)生成目標(biāo)直方圖QT(k):
式中，Q(k)為原圖像的直方圖，T為平臺(tái)閾值，0彡k彡255 ; 步驟2. 4.根據(jù)式（7)生成映射表DT:
式中，0彡k彡255,floor( ?)表示向下取整； 步驟2. 5.通過查映射表DT得到對(duì)比度調(diào)整后的圖像B。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，其特征在 于：步驟3中，根據(jù)式（8)合成最終輸出圖像： Qdde =B+G?I(8) 式中， Qdde為最終輸出圖像； B為基頻圖像； I為細(xì)節(jié)圖像； G為增益矩陣； 其中，Gk =Gmin+ak ? (Gmax-Gmin) (9) 式中， G_為增益下限； Gmin為增益上限。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法，其特征在 于：增益下限G_為0 ;增益上限Gmin為1或2或3。
6. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述方法的基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，包括向 導(dǎo)濾波器功能模塊、自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化功能模塊、自適應(yīng)增益控制功能模塊和合成 輸出模塊，其特征在于：原圖像分別輸入至向?qū)V波器功能模塊和自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡 化功能模塊，上述兩個(gè)模塊處理結(jié)果輸入至自適應(yīng)增益控制功能模塊，經(jīng)自適應(yīng)增益控制 后通過合成輸出模塊輸出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：所述向?qū)V波器功能模塊包括一個(gè)預(yù)處理子模塊、均值濾波器子模塊、一個(gè)后處理模塊 和若干個(gè)加法器、乘法器及除法器，輸入圖像經(jīng)預(yù)處理子模塊處理后，經(jīng)均值濾波器子模塊 由后處理模塊輸出： 1. 1、預(yù)處理模塊 預(yù)處理模塊對(duì)原圖像進(jìn)行預(yù)處理，并進(jìn)行輸入時(shí)序控制； 1. 2、均值濾波器子模塊 均值濾波器子模塊包括四個(gè)均值濾波器：boxfilterl、boxfilter2、boxfilter3和 boxfilter4 ;預(yù)處理模塊輸出的圖像分別進(jìn)入boxfilterl和boxfilter2,boxfilterl輸出 ，boxfilter2輸出，boxfilter2的處理結(jié)果比boxfilterl延遲一個(gè)時(shí)鐘周期輸出， boxfilterl和boxfilter2的處理結(jié)果依照式（10)通過一個(gè)乘法器和一個(gè)加法器得到方差 A2;方差W通過一個(gè)除法器和一個(gè)加法器依照式（2)得到ak，同時(shí)方差％2通過一個(gè)加法器 和一個(gè)乘法器依照式（2)得到bk，在此過程中，將boxfilterl處理結(jié)果延遲（2+Ndiv)個(gè)時(shí)鐘 周期，其中Ndiv為除法器的延遲；ak、bk分別輸入至boxfilter3、boxfilter4,得到A、\ ; I. 3、后處理子模塊 后處理子模塊包括一個(gè)FIFO、一個(gè)乘法器和一個(gè)加法器：FIFO的大小為整個(gè)過程延時(shí) 周期，一般為若干行，大小受均值濾波器延遲的影響；乘法器和加法器實(shí)現(xiàn)式（1)的運(yùn)算。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：所述均值濾波器采用累加求和平均的方法，設(shè)窗口大小為NXN的情況下，均值濾波器 設(shè)有N-1個(gè)FIFO和若干個(gè)寄存器即可。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：所述均值濾波器窗口大小為3X3,其包括2個(gè)FIFO:FIF01和FIF02,以及寄存器組 R1?R9 :當(dāng)?shù)谝恍袛?shù)據(jù)到來時(shí)，將其寫入FIF02中；當(dāng)?shù)诙袛?shù)據(jù)到來時(shí)，將FIF02中的保 存的第一行數(shù)據(jù)讀出，并寫入FIF01中，同時(shí)將第二行數(shù)據(jù)寫入到FIF02中；當(dāng)?shù)谌袛?shù)據(jù) 到來時(shí)，其與FIF02和FIF01中保存的第二行和第一行數(shù)據(jù)一同進(jìn)入其后的寄存器組R1? R9,并計(jì)算九個(gè)寄存器的均值，輸出結(jié)果；之后每個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)算一個(gè)均值，直至該行所有 數(shù)據(jù)計(jì)算完成；當(dāng)以后每個(gè)新行到來時(shí)，都重復(fù)第三行的步驟，直至所有行計(jì)算完成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：所述自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化功能模塊包括一個(gè)數(shù)據(jù)緩存控制組件和兩個(gè)RAM:RAM1 和RAM2 : 數(shù)據(jù)緩存控制組件包括兩塊RAM和一個(gè)乒乓RAM控制器：其中一個(gè)RAM保存本幀圖像， 另一RAM保存下一幀圖像，通過一個(gè)乒乓RAM控制器來控制兩塊RAM的讀寫；數(shù)據(jù)緩存控制 組件的處理結(jié)果輸入至RAM2 ; RAM1統(tǒng)計(jì)出整幅輸入圖像的直方圖HIST1，RAM1的寬度和深度由輸入圖像數(shù)據(jù)位寬 和分辨率大小決定；通過比較器遍歷比較RAM1中每個(gè)地址的數(shù)值與式（5)確定的平臺(tái)閾 值T，生成新直方圖HIST2 :如果大于平臺(tái)閾值T，則將該數(shù)值修改為T，寫入RAM1的原地址 位置；如果小于等于平臺(tái)閾值T，則將原數(shù)值寫入RAM1的原地址位置，即保持該地址數(shù)值 不變；依據(jù)式（7)通過加法器和除法器生成新直方圖HIST2的映射表，RAM2保存新直方圖 HIST2的映射表；以輸入圖像像素點(diǎn)灰度值為地址，讀取RAM2相應(yīng)位置的數(shù)值，完成圖像輸 出。 II. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：向?qū)V波器功能模塊的輸出結(jié)果和自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化功能模塊的輸出結(jié)果輸入 至自適應(yīng)增益控制功能模塊，該模塊通過一個(gè)加法器和一個(gè)乘法器，依據(jù)式（9)完成自適 應(yīng)增益控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)裝置，其特征在 于：所述合成輸出模塊中，通過設(shè)置比較器對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行保護(hù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于光電成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于向?qū)V波器的紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)方法和裝置。本發(fā)明的方法包括以下步驟：利用向?qū)V波器對(duì)紅外圖像進(jìn)行基頻和細(xì)節(jié)的分離；采用自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化對(duì)基頻圖像進(jìn)行對(duì)比度調(diào)整；合成最終輸出圖像。本發(fā)明的裝置包括向?qū)V波器功能模塊、自適應(yīng)平臺(tái)直方圖均衡化功能模塊、自適應(yīng)增益控制功能模塊和合成輸出模塊。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)存在過沖和偽細(xì)節(jié)現(xiàn)象的技術(shù)問題，能夠適應(yīng)高動(dòng)態(tài)范圍場(chǎng)景等各種場(chǎng)景的紅外圖像的細(xì)節(jié)增強(qiáng)技術(shù)要求。
【IPC分類】G06T5-00
【公開號(hào)】CN104574281
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310488374
【發(fā)明人】金炎勝, 楊賀, 康敏慧, 程達(dá)
【申請(qǐng)人】中國航天科工集團(tuán)第三研究院第八三五八研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月18日