【正文】 紅外圖像非均勻性校正和增強技術(shù)研究 工學碩士學位論文 紅外圖像非均勻性校正和增強技術(shù)研究 碩士學位論文 摘 要 由于紅外成像系統(tǒng)具有抗干擾性能強、目標識別能力強、被動工作等特點，已被廣泛的應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，是具有廣闊發(fā)展前景的一種成像技術(shù)。因此，研制出高性能的紅外成像系統(tǒng)具有重要的意義。 紅外焦平面陣列是成像系統(tǒng)的最重要的器件，它的性能直接影響著整個系統(tǒng)的運行。但是，受到當前技術(shù)水平和工藝水平的限制，紅外焦平面陣列存在嚴重的非均勻性，并且 紅外圖像具有對比度低、目標與背景區(qū)分不明顯的 缺點，針對紅外焦平面陣列存在的這些問題， 本文給出了有效的解決方法，主要工作如下： （ 1）針對傳統(tǒng)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正算法結(jié)果存在圖像模糊和偽像的問題，本文在分析問題產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，提出了有效的改進算法：使用可變參數(shù)非線性濾波器代替原算法中的均值濾波器。改進算法中使用的非線性濾波器參數(shù)可以根據(jù)局部圖像細節(jié)信息的不同作相應(yīng)的變化，校正結(jié)果不僅在清晰度方面有明顯的改善，而且有效的消除了傳統(tǒng)算法中存在偽像的問題。 （ 2）在分析了盲元產(chǎn)生原因以及盲元與點目標之間區(qū)別的基礎(chǔ)上，提出了基于二維線性外推理論的盲元檢測算法，并在實驗中對其進行了驗證，有很好的檢測效果 。 （ 3）針對 紅外圖像具有整體亮度偏 暗 、對比度較低、目標與背景區(qū)分不明顯的特點 ，結(jié)合模糊集理論、灰度變換和多分辨率圖像融合等理論，提出了一種新的基于模糊集理論的紅外圖像增強算法。它在提高圖像對比度的同時，能夠更好的保留原始圖像的細節(jié)信息，使得處理后的圖像邊緣信息更加明顯。 通過本文的研究，達到了紅外圖像非均勻性校正、盲元補償和圖像增強的目的，這也為后續(xù)的圖像處理和應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：紅外焦平面陣列；非均勻性校正；盲元補償；圖像增強 紅外圖像非均勻性校正和增強技術(shù)研究 ABSTRACT Infrared imaging system has the characteristic of strong antijamming performance ， target recognition capability and also passive work,. It has been widely used in military and civilian fields. The imaging technique has broad prospects for development. So, there is important significance for the development of a high performance infrared imaging system. Infrared focal plane array is a key part of thermal imaging system. Its performance affects the operation of the system directly. However, limited by current technology, infrared focal plane arrays has the problem of nonuniformity, and infrared images have the features of low contrast。 it is hard to distinguish between target and background. This paper presents many effective methods to solve these problems which exist in the infrared focal plane arrays. In this paper, more contexts are given: (1) The results obtained by traditional neural work correction algorithm, have the problems of blurring effect and some existing artifacts. After analysis the reasons of the problems that the traditional neural work correction algorithm may cause, in this article an improved algorithm is proposed: replace the mean filter, which used in the traditional algorithm by the nonlinear filter. And the parameters of nonlinear filter are variable according to the local image detail changes in the improved algorithm. The corrected images by the improved algorithm achieve not only a significant improvement in image clarity, but also effectively eliminate the problem of artifacts caused by the traditional algorithms. (2) After analyzed the cause of blind pixels and the difference between blind pixels and point targets, an 碩士學位論文 effective detection algorithm was proposed which based on 2D linear extrapolation theory. The experiment shows that the proposed detection algorithm was more effective than the original algorithm, it verify the effective of the detection algorithm. (3) Infrared images have the features of dark and low contrast。 it is hard to distinguish between target and background. This article bining with the fuzzy set theory, grayscale transformation theory and multiresolution image fusion theory, proposed a new image enhancement algorithm. The algorithm not only can improve the contrast of infrared images, but also can keep details of original images. So, the edge information of the processed image more apparent. In this article we achieve the purpose of Infrared image nonuniformity correction, Blind pixel pensation and Image Enhancement. And also lay the foundation for our future work. Key words: Infrared focal plane array。 Nonuniformity correction。 Blind pixel’s pensation。 Image enhancement。 紅外圖像非均勻性校正和增強技術(shù)研究 目 錄 第一章 緒論 ........................................ 1 紅外熱成像技術(shù)研究現(xiàn)狀 ....................... 1 課題的研究目的和意義 ......................... 3 紅外圖像預(yù)處理算法綜述 ....................... 4 紅外圖像非均勻性校正研究現(xiàn)狀 ............. 4 紅外圖像盲元檢測的研究現(xiàn)狀 ............... 5 紅外圖像增強的研究現(xiàn)狀 .................. 6 本文的主要工作及內(nèi)容安排 ..................... 7 第二章 紅外成像非均勻性產(chǎn)生的原因和定義 ............. 8 紅外焦平面陣列成像特點 ....................... 8 紅外焦平面陣列非均勻性產(chǎn)生的原因 ............. 9 系統(tǒng)自身因素帶來的非均勻性 ............... 9 外界影響引入的非均勻性 ................. 10 紅外焦平面陣列空間響應(yīng)非均勻性的定量評價 ..... 10 本章小結(jié) ................................... 11 第三章 紅外圖像非均勻性校正算法 .................... 12 基于定標的非均勻性校正算法 .................. 12 一點溫度定標法 ......................... 13 兩點溫度定標法 ......................... 14 基于場景的非均勻性校正算法 .................. 15 基于卡爾曼濾波的非均勻性校正算法 ........ 15 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非均勻性校正算法 .......... 22 改進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正算法 ................. 27 本章小結(jié) ................................... 32 第四章 盲元檢測算法分析 ........................... 34 盲元的定義 ................................. 34 盲元的特點 ................................. 35 盲元的檢測和補償 ............................ 37 基于統(tǒng)計量的檢測 ....................... 37 基于雙參考源的檢測算法 ................. 38 本文 算法 ............................... 38 碩士學位論文 實驗結(jié)果分析 ............................... 42 本章小結(jié) ................................... 43 第五章 紅外圖像細節(jié)增強 ........................... 44 圖像空域增強基本算法分析 .................... 44 灰度變換 ............................... 45 直方圖修正算法 ......................... 48 圖像頻域增強算法 ............................ 51 理想高通濾波器 ......................... 52 高通巴特沃斯濾波器 ..................... 52 同態(tài)濾波器 ............................. 53 頻域增強算法處理結(jié)果 ................... 53 基于模糊集理論的圖像增強算法 ................ 54 傳統(tǒng)模糊集理論圖像增強算法 .............. 55 模糊集理論改進算法 ..................... 56 實驗結(jié)果分析 ........................... 62 本章小結(jié) ................................... 65 結(jié) 論 ........................................... 66 參考文獻 ......................................... 67 攻讀碩士 學位 期間發(fā)表 的 論文 和取得的科研成果 錯誤 !未定義書簽。 致 謝 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 第一章 緒論 1 第一章 緒論 紅外熱成像技術(shù) 研究現(xiàn)狀 自然界中任何物體，由于內(nèi)部帶電粒子的不斷運動，它們都具有一定的溫度，即自然界中任何物體自身溫度都高于絕對零度，這時它就