專利名稱：一種短波紅外圖像增強(qiáng)方法和基于fpga的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及對(duì)短波紅外探測器的圖像增強(qiáng)方法。
背景技術(shù)：
短波紅外焦平面探測器異軍突起已成為紅外焦平面成像技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。短波紅外輻射是指波長為O. 76 3. O m的紅外輻射，廣泛存在于自然界中。其主要來源有自然環(huán)境反射、高溫物體主動(dòng)輻射、人造短波紅外光源等。隨著短波非制冷紅外探測器的不斷發(fā)展，短波紅外成像技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。軍事上用于可視-短波紅外夜視、短波紅外主動(dòng)照明光源探測、偽裝識(shí)別、激光制導(dǎo)和激光雷達(dá)等；在空間探測領(lǐng)域已成功用于深空探測；在遙感方面用于探測地球礦產(chǎn)資源，監(jiān)測土壤、植被含水量及大氣成份變化，農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等；在商用方面可用作各種短波紅外光譜儀、短波紅外探傷、短波紅外測定含量、半導(dǎo)體器件制造業(yè)中的芯片在線自動(dòng)檢測等，并已經(jīng)開始越來越多的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)等其他多個(gè)領(lǐng)域。短波紅外圖像增強(qiáng)算法是短波紅外成像裝置中必須具備的功能，直接影響到成像質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，必須得到足夠的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、增強(qiáng)效果顯著的基于FPGA的短波紅外圖像增強(qiáng)裝置和方法。本發(fā)明的方案包括
一種短波紅外圖像增強(qiáng)方法，步驟如下
1)短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，
2)將直方圖統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果進(jìn)行分段線性灰度變換，分段線性灰度變換的閾值采用自適應(yīng)算法獲得。直方圖統(tǒng)計(jì)按照短波紅外探測器輸出時(shí)序在探測器輸出信號(hào)有效的時(shí)間內(nèi)完成短波紅外圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)。一種基于FPGA的短波紅外圖像增強(qiáng)裝置，包括由FPGA實(shí)現(xiàn)的直方圖統(tǒng)計(jì)裝置、閾值判定裝置、清零裝置、閾值存儲(chǔ)器、線性變換計(jì)算裝置和灰度映射表；直方圖統(tǒng)計(jì)裝置用于接收紅外探測器的輸出信號(hào)，閾值判定裝置根據(jù)設(shè)定的線性變化上限和下限值以及直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自適應(yīng)確定線性變換的上下限閾值，并將兩個(gè)閾值存入閾值存儲(chǔ)器裝置；清零裝置將直方圖統(tǒng)計(jì)裝置內(nèi)部存儲(chǔ)的一幀信號(hào)清零，等待下一幀信號(hào)的繼續(xù)統(tǒng)計(jì)；線性變換計(jì)算裝置讀取閾值存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)的上下限閾值，并以此閾值完成線性變換計(jì)算，實(shí)現(xiàn)紅外圖像的灰度映射 ，將灰度映射結(jié)果存儲(chǔ)在灰度映射表。所述直方圖統(tǒng)計(jì)裝置由雙口 RAM存儲(chǔ)器、加法器、控制模塊組成；短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為地址信號(hào)輸入到雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口 ；加法器裝置以雙口RAM存儲(chǔ)器第一口的輸出段為輸入信號(hào)，將其值增加I后輸出給雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的數(shù)據(jù)端；控制模塊輸出雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的寫使能信號(hào)。
所述直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中的雙口 RAM存儲(chǔ)器和加法器工作頻率為短波紅外探測器輸出數(shù)據(jù)頻率的2倍。所述清零裝置以直方圖統(tǒng)計(jì)控制模塊和閾值判定裝置的完成信號(hào)為使能信號(hào)。所述清零裝置和閾值判定裝置對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中雙口 RAM存儲(chǔ)器的讀寫操作均通過雙口 RAM的第二 口完成。所述清零裝置和閾值判定裝置對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中雙口 RAM存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)地址信號(hào)和使能信號(hào)通過選通開關(guān)連接雙口 RAM第二口的地址和使能端，選通開關(guān)由閾值判定完成信號(hào)控制。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果本發(fā)明的短波紅外圖像增強(qiáng)方法具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高和圖像增強(qiáng)效果顯著的特點(diǎn)。增強(qiáng)方法中采用線性變換的方法極大的拉伸了紅外圖像的灰度范圍，有效的提高了短波紅外圖像的對(duì)比度。同時(shí)上下限閾值的自動(dòng)判定使得本方法具有了良好的適應(yīng)性，每幀圖像根據(jù)場景灰度分布的不同自動(dòng)計(jì)算處閾值的不同，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種場景短波紅外圖像的實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)。


圖1是基于FPGA的短波紅外圖像增強(qiáng)方法示意 圖2是直方圖統(tǒng)計(jì)裝置、清零裝置、閾值判定裝置連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。關(guān)于本文中一些簡稱或術(shù)語解釋
直方圖統(tǒng)計(jì)即直方圖均衡，線性變換即線性灰度變換，本文中是指分段線性灰度變換。線性變換的上下限閾值是指分段線性灰度變換中與背景段、過渡段、目標(biāo)段對(duì)應(yīng)的灰度臨界值。自適應(yīng)算法能夠根據(jù)線性變換所設(shè)定的上限值與下限值以及直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果自適應(yīng)地計(jì)算出兩閾值，自適應(yīng)算法有很多，在此不再贅述。本發(fā)明的方法如圖1所示，首先，短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，然后將直方圖統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果進(jìn)行分段線性灰度變換，分段線性灰度變換的閾值采用自適應(yīng)算法獲得?；贔PGA的短波紅外圖像增強(qiáng)裝置，包括由FPGA實(shí)現(xiàn)的直方圖統(tǒng)計(jì)裝置、閾值判定裝置、清零裝置、閾值存儲(chǔ)器、線性變換計(jì)算裝置和灰度映射表；直方圖統(tǒng)計(jì)裝置用于接收紅外探測器的輸出信號(hào)，閾值判定裝置根據(jù)設(shè)定的線性變化上限和下限值以及直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自適應(yīng)確定線性變換的上下限閾值，并將兩個(gè)閾值存入閾值存儲(chǔ)器裝置；清零裝置將直方圖統(tǒng)計(jì)裝置內(nèi)部存儲(chǔ)的一幀信號(hào)清零，等待下一幀信號(hào)的繼續(xù)統(tǒng)計(jì)；線性變換計(jì)算裝置讀取閾值存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)的上下限閾值，并以此閾值完成線性變換計(jì)算，實(shí)現(xiàn)紅外圖像的灰度映射，將灰度映射結(jié)果存儲(chǔ)在灰度映射表。如圖1、圖2，具體來說，直方圖統(tǒng)計(jì)裝置I按照短波紅外探測器輸出時(shí)序在探測器輸出信號(hào)有效的時(shí)間內(nèi)完成短波紅外圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)；閾值判定裝置2根據(jù)設(shè)定的線性變化上限和下限值依次從直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果的前端和后端地址處開始讀出并判定上限和下限的對(duì)應(yīng)閾值，并將兩個(gè)閾值存入閾值存儲(chǔ)器裝置3 ;清零裝置5將直方圖統(tǒng)計(jì)裝置內(nèi)部存儲(chǔ)器清零，等待下一幀信號(hào)的繼續(xù)統(tǒng)計(jì)；線性變換計(jì)算裝置4讀取閾值存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)的上限下限閾值，并以此為閾值完成線性變換計(jì)算，實(shí)現(xiàn)紅外圖像的灰度映射，最終將灰度映射結(jié)果存儲(chǔ)在灰度映射表6。直方圖統(tǒng)計(jì)裝置I由雙口 RAM存儲(chǔ)器6、加法器8、控制模塊7組成，短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為地址信號(hào)輸入到雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口，保證雙口 RAM存儲(chǔ)器的地址按照短波紅外探測器的輸出信號(hào)頻率變化；加法器8以雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的輸出段為輸入信號(hào)，將其值增加I后輸出給雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的數(shù)據(jù)端；控制模塊7輸出雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的寫使能信號(hào)，保證只在短波紅外探測器輸出信號(hào)有效時(shí)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置工作，空閑時(shí)間為等待狀態(tài)。直方圖統(tǒng)計(jì)裝置I中的雙口 RAM存儲(chǔ)器6和加法器8工作頻率為短波紅外探測器輸出數(shù)據(jù)頻率的2倍，保證在每個(gè)像素有效時(shí)間內(nèi)完成信號(hào)的統(tǒng)計(jì)。清零裝置5必須以直方圖統(tǒng)計(jì)控制模塊和閾值判定裝置的完成信號(hào)為使能端，保證只有上述工作完成后才將直方圖統(tǒng)計(jì)裝置清零。清零裝置5和閾值判定裝置2對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置I中雙口 RAM存儲(chǔ)器6的讀寫操作均通過雙口 RAM的第二口完成。清零裝置5和閾值判定裝置2對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置I中雙口 RAM存儲(chǔ)器6的讀寫操作時(shí)地址信號(hào)和使能信號(hào)通過選通開關(guān)9連接雙口 RAM第二口的地址和使能信號(hào)，選通開關(guān)由閾值判定完成信號(hào)控制。
權(quán)利要求
1.一種短波紅外圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，步驟如下 1)短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)， 2)將直方圖統(tǒng)計(jì)后的結(jié)果進(jìn)行分段線性灰度變換，分段線性灰度變換的閾值采用自適應(yīng)算法獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種短波紅外圖像增強(qiáng)方法，其特征在于，直方圖統(tǒng)計(jì)按照短波紅外探測器輸出時(shí)序在探測器輸出信號(hào)有效的時(shí)間內(nèi)完成短波紅外圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)。
3.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的一種基于FPGA的短波紅外圖像增強(qiáng)裝置，其特征在于，包括由FPGA實(shí)現(xiàn)的直方圖統(tǒng)計(jì)裝置、閾值判定裝置、清零裝置、閾值存儲(chǔ)器、線性變換計(jì)算裝置和灰度映射表；直方圖統(tǒng)計(jì)裝置用于接收紅外探測器的輸出信號(hào)，閾值判定裝置根據(jù)設(shè)定的線性變化上限和下限值以及直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，自適應(yīng)確定線性變換的上下限閾值，并將兩個(gè)閾值存入閾值存儲(chǔ)器裝置；清零裝置將直方圖統(tǒng)計(jì)裝置內(nèi)部存儲(chǔ)的一幀信號(hào)清零，等待下一幀信號(hào)的繼續(xù)統(tǒng)計(jì)；線性變換計(jì)算裝置讀取閾值存儲(chǔ)器裝置存儲(chǔ)的上下限閾值，并以此閾值完成線性變換計(jì)算，實(shí)現(xiàn)紅外圖像的灰度映射，將灰度映射結(jié)果存儲(chǔ)在灰度映射表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于，所述直方圖統(tǒng)計(jì)裝置由雙口RAM存儲(chǔ)器、力口法器、控制模塊組成；短波紅外探測器輸出信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后作為地址信號(hào)輸入到雙口RAM存儲(chǔ)器第一口 ；加法器裝置以雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的輸出段為輸入信號(hào)，將其值增加I后輸出給雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的數(shù)據(jù)端；控制模塊輸出雙口 RAM存儲(chǔ)器第一口的寫使能信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于，所述直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中的雙口RAM存儲(chǔ)器和加法器工作頻率為短波紅外探測器輸出數(shù)據(jù)頻率的2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于，所述清零裝置以直方圖統(tǒng)計(jì)控制模塊和閾值判定裝置的完成信號(hào)為使能信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述清零裝置和閾值判定裝置對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中雙口 RAM存儲(chǔ)器的讀寫操作均通過雙口 RAM的第二口完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述清零裝置和閾值判定裝置對(duì)直方圖統(tǒng)計(jì)裝置中雙口 RAM存儲(chǔ)器的讀寫操作時(shí)地址信號(hào)和使能信號(hào)通過選通開關(guān)連接雙口 RAM第二口的地址和使能端，選通開關(guān)由閾值判定完成信號(hào)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短波紅外圖像增強(qiáng)方法和基于FPGA的裝置，增強(qiáng)方法中采用線性變換的方法極大的拉伸了紅外圖像的灰度范圍，有效的提高了短波紅外圖像的對(duì)比度。同時(shí)上下限閾值的自動(dòng)判定使得本方法具有了良好的適應(yīng)性，每幀圖像根據(jù)場景灰度分布的不同自動(dòng)計(jì)算處閾值的不同，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種場景短波紅外圖像的實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103065281SQ20121054621
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月17日
發(fā)明者趙凱生 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所