專利名稱：一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，適用于基于紅外成像技術(shù)的氣體成像檢漏，屬于氣體檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多數(shù)危險(xiǎn)氣體是無色無味的，氣體泄漏時(shí)人很難直接通過視覺或嗅覺覺察到，這給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了巨大隱患。1985年Strachan等人用一個(gè)353K(80°C )的黑體作為背景，觀察到從管道里噴出的丁烷氣體，首次實(shí)現(xiàn)了氣體泄漏的紅外成像。被動(dòng)式氣體成像屬于一個(gè)新興且蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域。英國的Jennifer在1995年提出結(jié)合中值濾波和遞歸濾波的自適應(yīng)時(shí)域?yàn)V波法，該方法在噪聲水平不高時(shí)可達(dá)到較好的效果。被動(dòng)式氣體成像技術(shù)使用中波或長波紅外成像技術(shù)可視化氣體對(duì)3 14 u m波段紅外輻射的吸收，同時(shí)采用圖像處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量，是一種快速的以人眼觀察為主的定性檢測技術(shù)，是定量氣體濃度檢測技術(shù)(如氣體傳感器)和氣體種類辨別技術(shù)(如紅外光譜儀)的有益補(bǔ)充。但是被動(dòng)式氣體成像系統(tǒng)完全依賴于自然環(huán)境的紅外輻射，由于缺少主動(dòng)的紅外照明，所獲得的氣體紅外圖像往往亮度暗、對(duì)比度差，由于后期需要通過圖像來對(duì)定量氣體進(jìn)行定性檢測，因此圖像的質(zhì)量往往影響到氣體的檢測結(jié)果。而現(xiàn)有對(duì)紅外氣體圖像的處理技術(shù)中，僅僅使用常用的圖像增強(qiáng)的方法，如伽馬變換、圖像銳化處理等處理方法，由于氣體特殊屬性，其紅外氣體圖像往往存在氣體擴(kuò)散區(qū)域大、擴(kuò)散氣體和背景圖像對(duì)比度不強(qiáng)的特性，因此適用于普通的圖像增強(qiáng)的圖像處理方法，在用于對(duì)紅外氣體圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理時(shí)往往不能夠達(dá)到預(yù)想的增強(qiáng)效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述氣體紅外圖像和現(xiàn)有處理算法的缺陷，本發(fā)明的目的是為解決氣體紅外圖像亮度暗、氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景圖像對(duì)比度低的問題，提出一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，提升單幅氣體紅外圖像的整體亮度，增強(qiáng)氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景圖像的對(duì)比度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，包括以下步驟步驟一、氣體紅外圖像為I，I的亮度均值為Ynrean ；令T為閾值，T = ScXYmean, sc是可調(diào)節(jié)系數(shù)，0 < sc < I ；使用閾值T對(duì)圖像I進(jìn)行分割，得到低亮度區(qū)間(0，T)和高亮度區(qū)間為(T，255)；步驟二、選擇亮度節(jié)點(diǎn)node, node>Ym_,將低亮度區(qū)間(0，T)進(jìn)行灰度拉伸，低亮度區(qū)間變?yōu)?0，node)，將所述的高亮度區(qū)間為(T，255)進(jìn)行灰度拉伸，高亮度區(qū)間變?yōu)?node, 255+node);則圖像I的灰度區(qū)間為(0，255+node)，將圖像I的灰度區(qū)間轉(zhuǎn)換到(0，255)區(qū)間，得到處理后的圖像I'；
步驟三、將步驟二處理后的圖像I'的圖像數(shù)據(jù)的灰度進(jìn)行歸一化，對(duì)歸一化后的圖像I'進(jìn)行伽馬變換，得到最終圖像。優(yōu)選的，可調(diào)節(jié)系數(shù)SC=O. 9。進(jìn)一步地,亮度節(jié)點(diǎn)node的設(shè)定方式如下調(diào)節(jié)亮度節(jié)點(diǎn)node的大小,node取不同值時(shí)，觀察圖像I'中氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景區(qū)域的對(duì)比度，以對(duì)比度最大時(shí)的node取值作為亮度節(jié)點(diǎn)node。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明在對(duì)氣體紅外圖像進(jìn)行亮度提升和對(duì)比度增強(qiáng)方面，相對(duì)于以往的氣體成像檢測方法，具有以下優(yōu)勢
(I)現(xiàn)有技術(shù)使用基本灰度變換方法，雖然有一定的對(duì)比度增強(qiáng)效果，但是因?yàn)槊撾x氣體紅外圖像本身的特點(diǎn)，因此不能有效地增強(qiáng)氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景圖像的對(duì)比效果。本發(fā)明以氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景圖像的亮度差異為基礎(chǔ)，并有效地增強(qiáng)此差異。(2)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)氣體泄漏的成像檢測，只適合泄漏量較大的場合。本發(fā)明結(jié)合針對(duì)不同亮度區(qū)間的線性拉伸和針對(duì)完整亮度區(qū)間的伽馬變換方法，可有效地檢測氣體泄漏量較小的場景，有效增強(qiáng)氣體紅外圖像的對(duì)比度。


圖I為本發(fā)明氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法的流程圖；圖2 (a) CO氣體圖像；(b) SF6 氣體圖像；圖3 (a) CO氣體圖像拉伸結(jié)果；(b) SF6氣體圖像拉伸結(jié)果；圖4 (a) CO氣體熱調(diào)制；(b) SF6氣體熱調(diào)制.
具體實(shí)施例方式本發(fā)明研究氣體紅外圖像的處理方法，結(jié)合氣體擴(kuò)散區(qū)域灰度值略低于背景灰度值的特點(diǎn)，提出一種增強(qiáng)氣體擴(kuò)散區(qū)域的熱調(diào)制法，便于觀察者判斷氣體是否發(fā)生泄漏，并準(zhǔn)確定位泄漏源。本發(fā)明采用線性拉伸和伽馬變換相結(jié)合的方法，充分利用氣體紅外圖像中氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景圖像亮度差異的特征，對(duì)氣體紅外圖像進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)。下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本實(shí)施例中采用⑶/^^氣體紅外圖像進(jìn)行處理，如圖I所示，其具體實(shí)現(xiàn)過程包括如下步驟步驟一、采集獲得氣體紅外圖像I，計(jì)算得到圖像I的亮度均值Y_n，并對(duì)圖像I進(jìn)行分割，具體方法如下本實(shí)施例中由中波/長波紅外熱像儀采集得到C0/SF6氣體紅外圖像I;如圖2所示從中波/長波紅外熱像儀采集的co/sf6氣體紅外圖像，從圖中可看出，圖像的對(duì)比度較差，基本看不到氣體擴(kuò)散區(qū)域。
對(duì)圖像I求取圖像的亮度均值Ynrean,圖像的亮度均值Ynrean體現(xiàn)了紅外圖像的整體亮度特征。
權(quán)利要求
1.一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、氣體紅外圖像為I，I的亮度均值為Y_n ； 令T為閾值，T = ScXYmean, SC是可調(diào)節(jié)系數(shù)，O < SC < I ；使用閾值T對(duì)圖像I進(jìn)行分割，得到低亮度區(qū)間(0，Τ)和高亮度區(qū)間為(Τ，255)；步驟二、選擇亮度節(jié)點(diǎn)node, node>Ym_,將所述的低亮度區(qū)間(O, T)進(jìn)行灰度拉伸,低亮度區(qū)間變?yōu)?0，node)，將所述的高亮度區(qū)間為(T，255)進(jìn)行灰度拉伸，高亮度區(qū)間變?yōu)?node, 255+node);則圖像I的灰度區(qū)間為(0，255+node)，將圖像I的灰度區(qū)間轉(zhuǎn)換到(O,255)區(qū)間，得到處理后的圖像Γ ； 步驟三、將步驟二處理后的圖像I,的圖像數(shù)據(jù)的灰度進(jìn)行歸一化，對(duì)歸一化后的圖像Γ進(jìn)行伽馬變換，得到最終圖像。
2.如權(quán)利要求I所述的一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，其特征在于，所述的可調(diào)節(jié) 系數(shù) sc=0. 9。
3.如權(quán)利要求I所述的一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，其特征在于，所述亮度節(jié)點(diǎn)node的設(shè)定方式如下調(diào)節(jié)亮度節(jié)點(diǎn)node的大小，node取不同值時(shí),觀察圖像Γ中氣體擴(kuò)散區(qū)域和背景區(qū)域的對(duì)比度，以對(duì)比度最大時(shí)的node取值作為亮度節(jié)點(diǎn)node。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體紅外圖像的熱調(diào)制方法，屬于氣體檢測領(lǐng)域；該方法包括如下步驟一、將氣體紅外圖像的亮度均值乘以一定的比例系數(shù)作為分割閾值，使用分割閾值對(duì)氣體紅外圖像進(jìn)行分割，得到低亮度區(qū)間(0,T)和高亮度區(qū)間為(T，255)；二、選擇亮度節(jié)點(diǎn)node，node大于氣體紅外圖像的亮度均值，將低亮度區(qū)間(0,T)進(jìn)行灰度拉伸，低亮度區(qū)間變?yōu)?0,node)，將高亮度區(qū)間為(T，255)進(jìn)行灰度拉伸，高亮度區(qū)間變?yōu)?node,255+node)；則圖像的灰度區(qū)間為(0,255+node)，將圖像的灰度區(qū)間轉(zhuǎn)換到(0,255)區(qū)間，得到處理后的圖像；三、處理后的圖像的圖像數(shù)據(jù)的灰度進(jìn)行歸一化，對(duì)歸一化后的圖像I′進(jìn)行伽馬變換，得到最終圖像。本發(fā)明適用于氣體紅外圖像的增強(qiáng)處理。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102968768SQ201210488788
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者王嶺雪, 張長興, 賀宇, 薛唯, 高岳, 張小水, 王書潛 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)