非制冷紅外焦平面探測(cè)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(cè)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(qiáng)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(cè)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(jìn)行處理，提高紅外成像時(shí)的實(shí)際溫度高分辨率，能夠?qū)D像的噪聲、圖像對(duì)比度、圖像灰度范圍進(jìn)行處理，使得圖像清晰。
【專利說明】非制冷紅外焦平面探測(cè)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(cè)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(fù)著充分發(fā)揮紅外焦平 面探測(cè)器性能、將紅外焦平面探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化為視頻信號(hào)或者其它系統(tǒng) 規(guī)定格式的信號(hào)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(dāng)前硬件系統(tǒng)平臺(tái)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?jī)?nèi)容。紅外圖像處理技術(shù)需要針對(duì)紅外圖像的具體特點(diǎn)而開展。受限于紅外探測(cè)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(gè)共性問題：第一，紅外成像受非 均勻性及無效像元的影響，實(shí)際溫度分辨率不高；第二，紅外成像普遍存在噪聲大、圖像對(duì) 比度低、灰度范圍窄的現(xiàn)象。
[0003] 針對(duì)上述缺陷，需要提供一種系統(tǒng)的方法對(duì)紅外圖像進(jìn)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(cè)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(jìn)行處理，提高紅外成像時(shí)的 實(shí)際溫度高分辨率，能夠?qū)D像的噪聲、圖像對(duì)比度、圖像灰度范圍進(jìn)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(shí)現(xiàn)的：非制冷紅外焦平面探測(cè)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(qiáng)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(diǎn)線性非均勻校正和基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線 性非均勻校正，其中兩點(diǎn)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(duì)準(zhǔn)，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(gè)視場(chǎng)； 5102 :控制黑體輻射源的溫度在TL ; 5103 :測(cè)量焦平面每個(gè)探測(cè)元的響應(yīng)值yu( (K)，該測(cè)量值在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的曝光時(shí)間 內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)單元； 5104 :重復(fù)步驟S103,在大量設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10 次； 5105 :計(jì)算每個(gè)探測(cè)元在TL下的響應(yīng)平均值馬(么）； 5106 :計(jì)算所有探測(cè)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(jì)算每一探測(cè)元在溫度TH下的響應(yīng)平均值及所 有探測(cè)元的響應(yīng)平均值Vh ; S109 :計(jì)算每一探測(cè)元的校正增益Gij和偏移量Oij,分別存儲(chǔ)在查找表（LUT)內(nèi)，以供 校正時(shí)取用；

【權(quán)利要求】
1.非制冷紅外焦平面探測(cè)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(qiáng)方法和偽彩變換方法； 所述的非均勻性校正方法包括兩點(diǎn)線性非均勻校正和基于目標(biāo)、環(huán)境的二元非線性非 均勻校正，其中兩點(diǎn)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(duì)準(zhǔn)，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(gè)視場(chǎng)； 5102 :控制黑體輻射源的溫度在TL; 5103 :測(cè)量焦平面每個(gè)探測(cè)元的響應(yīng)值yu( (K)，該測(cè)量值在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的曝光時(shí)間 內(nèi)完成，響應(yīng)值存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)單元； 5104 :重復(fù)步驟S103,在大量設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，重復(fù)次數(shù)為8?10 次； 5105 :計(jì)算每個(gè)探測(cè)元在TL下的響應(yīng)平均值A(chǔ)(么）； 5106 :計(jì)算所有探測(cè)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(jì)算每一探測(cè)元在溫度TH下的響應(yīng)平均值乂(^)及所 有探測(cè)元的響應(yīng)平均值VH; 5109 :計(jì)算每一探測(cè)元的校正增益Gij和偏移量Oij,分別存儲(chǔ)在查找表（LUT)內(nèi)，以供 校正時(shí)取用；
S110:根據(jù)查找表（LUT)內(nèi)的增益和偏移量系數(shù)，對(duì)紅外圖像進(jìn)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(shí)刻像素（i,j)非均勻性校正前的輸出，Yij(Ii)為η時(shí)刻像素（i,j)兩點(diǎn) 非均勻性校正后的輸出； 基于目標(biāo)、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(cè)器通過光學(xué)系統(tǒng)與平面黑體源對(duì)準(zhǔn)，黑體輻射均勻照射在紅 外焦平面探測(cè)器陣列上，并充滿紅外焦平面探測(cè)器的整個(gè)視場(chǎng)，并將黑體輻射源的溫度控 制在某一溫度定標(biāo)點(diǎn)上； 5122 :在一個(gè)溫度范圍內(nèi)的八個(gè)定標(biāo)點(diǎn)溫度條件下，很到八組紅外焦平面探測(cè)器的各 個(gè)探測(cè)單元的響應(yīng)值； S123:在每一定標(biāo)溫度點(diǎn)上對(duì)于整個(gè)紅外焦平面探測(cè)器的所有探測(cè)單元的響應(yīng)值進(jìn)行 平均，獲得其在八個(gè)溫度定標(biāo)點(diǎn)處的八個(gè)平均響應(yīng)值； S124 :對(duì)前兩步獲得的8組定標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)和平均響應(yīng)值進(jìn)行最小二乘曲線擬合，獲 得每個(gè)探測(cè)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(duì)需要進(jìn)行校正的圖像數(shù)據(jù)帶入校正函數(shù)Z' =eZ2+gZ2+h，進(jìn)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(duì)圖像進(jìn)行檢測(cè)，在有盲元的地方作標(biāo)記，作為查找表存放在RMA中； 5202 :計(jì)算盲元點(diǎn)3*3窗口灰度的平均值，
其中Aij為各像素點(diǎn)的貢獻(xiàn)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)進(jìn)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(dāng)前處理點(diǎn)為Plj，設(shè)定累加初值tot_P=Plj，像素計(jì)數(shù)count_P= 1 ; 5323 :計(jì)算周圍點(diǎn)與Plj的差值的絕對(duì)值，ABSij=abs(Plj-Pij)其中Pij為周圍像 素點(diǎn)； 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(diǎn)后，out_Plj=tot_P/count_P; 所述的圖像增強(qiáng)方法包括雙閾值增強(qiáng)和邊緣增強(qiáng)；所述的雙閾值增強(qiáng)包括雙閾值映射 和雙閾值自適應(yīng)增強(qiáng)兩部分，雙閾值增強(qiáng)包括如下子步驟： S401 :統(tǒng)計(jì)原始圖像中各個(gè)灰度級(jí)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)a(n)，計(jì)算并構(gòu)建原始直方圖； 5402 :遍歷原始直方圖，剔除截?cái)嚅撝祌T以下的冗余灰度級(jí)，并映射得到新直方圖的 各灰度級(jí)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(yùn)用下式進(jìn)行分界閾值映射，得到映射后的灰度η;
S405:遍歷圖像，對(duì)照截?cái)嚅撝涤成浜蟮幕叶燃?jí)k，將分界閾值映射后的各灰度級(jí)η映 射到相應(yīng)的像素點(diǎn)，而被剔除的冗余灰度級(jí)的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)灰度則用最小的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)灰度 代替； 5406 :使用小波函數(shù)waveded對(duì)已得到的圖像進(jìn)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(duì)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(duì)低頻系數(shù)采用線性調(diào)節(jié)方式來調(diào)節(jié)對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)處理； 邊緣增強(qiáng)包括以下子步驟： 5421 :對(duì)原始紅外圖像進(jìn)行拉普拉斯變換，獲得邊緣圖像&(1，7); 5422 :將平臺(tái)直方圖均衡化后的圖像&〇^，7)乘以一個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(duì)疊加后的灰度值進(jìn)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(jí)-彩色變換和頻率域偽彩色增強(qiáng)； 其中，所述的密度分割是對(duì)圖像亮度范圍進(jìn)行分割，使一定亮度間隔對(duì)應(yīng)于某一類地 物或幾類地物，從而有利于圖像的增強(qiáng)和分類，并且為每個(gè)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(jí)-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(lán) 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(lán)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(qiáng)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(gè)不同 傳遞特性的濾波器分離成三個(gè)獨(dú)立分量，然后對(duì)它們進(jìn)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(duì)這三幅圖像進(jìn)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(lán)顯示通道，從而實(shí)現(xiàn)頻率域分段的偽彩色增強(qiáng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非制冷紅外焦平面探測(cè)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)，只 統(tǒng)計(jì)正常像素點(diǎn)的平均值，且貢獻(xiàn)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(cè)器圖像處理系統(tǒng)及方法，其特征在 于：所述的圖像增強(qiáng)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(gè)3*3的濾波器，其為：
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104240206SQ201410520120
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:成都市晶林科技有限公司