【正文】 校正公式 [36]。對(duì)于焦平面陣列中處于第 i 行、 j 列的陣列元，在 n 時(shí)刻的輸出響應(yīng)模型，可以表示為： ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 12 第三章 紅外圖像非均勻性校正算法 目前國(guó)內(nèi)外存在多種非均勻性校正算法，根據(jù)校正方式不同可以兩大類：基于定標(biāo)和基于場(chǎng)景的非均勻性校正算法。 m a x m inm a x m in( ) 2 100%RRNU RR????? （ 23） 定義 3：在均勻入射條件下，焦平面陣列有效像元響應(yīng)率輸出值的均方差與平均響應(yīng)率 R 的百分比 [32]。 ,dh— 分別為無(wú)效像元中的過熱像元和死像元個(gè)數(shù)。場(chǎng)景輻 射強(qiáng)度是不斷變化的，這種變化不僅表現(xiàn)為場(chǎng)景輻射總量的變化，而且還有輻射光譜的變化，然而紅外探測(cè)單元對(duì)光譜的響應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，當(dāng)場(chǎng)景輻射光譜變化時(shí)，不能夠保證探測(cè)元仍然具有相同的均勻性，即便是它對(duì)輻射總量響應(yīng)均勻。光學(xué)系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)為乘性 噪聲，它也是由多種因素引起的，如當(dāng)光學(xué)鏡頭的加工精密度不夠時(shí)會(huì)引入非均勻性，另外鏡頭存在的光學(xué)孔徑效應(yīng)也會(huì)對(duì)成像產(chǎn)生很大的影響。在非均勻性校正計(jì)算過程中，也需要相應(yīng)的算法來(lái)消除這些無(wú)效像元的影響。 系統(tǒng)自身因素帶來(lái)的非均勻性 成像系統(tǒng)自身缺陷主要表現(xiàn)在紅外焦平面陣列元響應(yīng)的不一致性、 1/f 噪聲影響、光學(xué)系統(tǒng)的影響和放大電路非一致性帶來(lái)的非均勻性 [30]。 根據(jù)上面對(duì)紅外圖像特點(diǎn)的描述，可以總結(jié)出紅外圖像最典型的特點(diǎn)是：圖像亮度低、信噪比較低、直方圖較為集中、對(duì)比度低，并且弱小目標(biāo)容易淹沒在背景之中。 （ 4）相鄰幀紅外圖像差別不大 由于紅外圖像攝取速度較快，一般在 25~30 幀 /秒之間，在短暫的時(shí)間間隔內(nèi)，場(chǎng)景中各部分的輻射量基本保持不變，這也為基于序列圖像的目標(biāo)特征提取和定位提供了保證。因此，對(duì)于紅外圖像來(lái)說，它們具有以下特點(diǎn) [29]： （ 1）亮度低 由于紅外探測(cè)單元可響應(yīng)的輻射范圍很廣，而實(shí)際物體輻射量相對(duì)于這個(gè)范圍比較低，并且場(chǎng)景各部分的輻射分布差異比較小，所以，一般來(lái)說紅外圖像的整體亮度較低。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 8 第二章 紅外成像非均勻性產(chǎn)生的原因和定義 非制冷紅外焦平面陣列的產(chǎn)生，標(biāo)志 著紅外成像系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。 第三章首先介紹了幾種定標(biāo)校正算法的工作原理，然后介紹了基于場(chǎng)景校正算法中的卡爾曼濾波校正算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)校正算法，并給出了仿真結(jié)果分析。文獻(xiàn) [25]介紹了基于二維離散小波變換的紅外圖像增強(qiáng)方法，該算法計(jì)算效率較高，圖像的梯度提供了更多的圖像細(xì)節(jié)信息，并且有效的控制噪聲。在文獻(xiàn) [21]中提出了自適應(yīng)直方圖均衡增強(qiáng)算法，該算法本質(zhì)上也是直方圖均衡算法，但是在對(duì)圖像進(jìn)行直方圖均衡化處理之前，使用了一個(gè)加權(quán)函數(shù)對(duì)直方圖進(jìn)行了加權(quán)處理。 最基礎(chǔ)的空域增強(qiáng)算法，如直方圖修正、灰度拉伸等 [19]。另外還有基于參考源的檢測(cè)算法，算法中首先通過對(duì)黑體成像的方式獲取均勻輻射圖像，然后再根據(jù)盲元與正常像元之間統(tǒng)計(jì)特性的不同來(lái)進(jìn)行盲元的判定，雙參考源法就屬于此類算法 [17]。 紅外圖像盲元檢測(cè)的研究現(xiàn)狀 在紅外焦平面陣列系統(tǒng)的成像過程中，不可避免的存在著失效元（也稱為盲元）的問題，它們與正常像元相比，對(duì)輻射的響應(yīng)過高或過低，這些像素點(diǎn)不能夠正確的反映場(chǎng)景的信息和場(chǎng)景的變化，嚴(yán)重的影響了成像系統(tǒng)的性能。但是，由于它把像素周圍四鄰域的平均值作為該像元的期望輸出值，所以，隨著迭代次數(shù)增加紅外圖像細(xì)節(jié)信息越來(lái)越不明顯，靜止目標(biāo)會(huì)逐漸融入背景。雖然場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)的算法利用了空間統(tǒng)計(jì)信息，但是它沒有考慮時(shí)域統(tǒng)計(jì)信息，所以它也不能很好的跟蹤探測(cè)器響應(yīng)參數(shù)的漂移。還有一系列的定標(biāo)算法的改進(jìn)算法，使這一類算法更具有實(shí)用性，這里就不一一介紹了。之后 等人又提出了多點(diǎn)校正算法 [8]，該算法在焦平面陣列響應(yīng)范圍內(nèi)選取了多個(gè)定標(biāo)點(diǎn)，通過這些特定的點(diǎn)來(lái)找出輻射量與探測(cè)器響應(yīng)輸出之間的函數(shù)映射關(guān)系。因此，對(duì)于紅外圖像的增強(qiáng)處理就顯得異常重要，一方面是為了得到良好的視覺效果，另一方面也為后續(xù)的圖像使用打下基礎(chǔ)。并且當(dāng)探測(cè)元數(shù)目非常大時(shí)，不可能通過逐一的對(duì)探測(cè)元測(cè)量篩選標(biāo)定補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)其進(jìn)行校正。 課題的研究目的和意義 紅外焦平面陣列成像技術(shù)相對(duì)于單點(diǎn)掃描成像，它的多元成像特點(diǎn)不可避免的帶來(lái)了非均勻性 [4]。 3）隱蔽性好，它響應(yīng)的是場(chǎng)景的熱輻射，屬于被動(dòng)接收，這要比雷達(dá)成像和激光探測(cè)的保密性好。這種成像方式需要對(duì)采集到的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣處理，然后將信號(hào)依次送出，也就形成記錄了場(chǎng)景的紅外圖像。這種成像方式有兩個(gè)嚴(yán)重的弊端：首先光學(xué)鏡頭的移動(dòng)是精密的機(jī)械過程，所以一般來(lái)說這種掃描機(jī)構(gòu)比較復(fù) 雜，抗震能力弱，容易損壞。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 紅外成像系統(tǒng)有幾個(gè)重要的組成部分，其中包括用來(lái)對(duì)接收的紅外輻射進(jìn)行聚焦的光學(xué)系統(tǒng)和進(jìn)行信號(hào)放大處理的視頻信號(hào)放大器，還有最為重要的部件：紅外探測(cè)單元，成像系統(tǒng)通過它實(shí)現(xiàn)紅外輻射信號(hào)與電信號(hào)之間的 轉(zhuǎn)換，成像系統(tǒng)工作過程如圖 所示。像素灰度的大小是由相應(yīng)場(chǎng)景中紅外輻射強(qiáng)度決定的，輻射強(qiáng)度越大，像素灰度值就越大，輸出圖像就越亮，相反輻射強(qiáng)度越小，得到的紅外圖像相應(yīng)部分就 會(huì)表現(xiàn)的越暗。長(zhǎng)期以來(lái)人們都在尋求一種技術(shù)，能夠讓人眼觀察到?jīng)]有可見光條件下的物體，紅外輻射的發(fā)現(xiàn)使這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)成為可能，因?yàn)樗械奈矬w都或多或少的對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行著輻射。 致 謝 ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Nonuniformity correction。 通過本文的研究，達(dá)到了紅外圖像非均勻性校正、盲元補(bǔ)償和圖像增強(qiáng)的目的，這也為后續(xù)的圖像處理和應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。改進(jìn)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(xì)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。紅外圖像非均勻性校正和增強(qiáng)技術(shù)研究 工學(xué)碩士學(xué)位論文 紅外圖像非均勻性校正和增強(qiáng)技術(shù)研究 碩士學(xué)位論文 摘 要 由于紅外成像系統(tǒng)具有抗干擾性能強(qiáng)、目標(biāo)識(shí)別能力強(qiáng)、被動(dòng)工作等特點(diǎn)，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)。但是，受到當(dāng)前技術(shù)水平和工藝水平的限制，紅外焦平面陣列存在嚴(yán)重的非均勻性，并且 紅外圖像具有對(duì)比度低、目標(biāo)與背景區(qū)分不明顯的 缺點(diǎn)，針對(duì)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(duì)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(jìn)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。它在提高圖像對(duì)比度的同時(shí)，能夠更好的保留原始圖像的細(xì)節(jié)信息，使得處理后的圖像邊緣信息更加明顯。 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。 紅外圖像非均勻性校正和增強(qiáng)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(cè)的研究現(xiàn)狀 ............... 5 紅外圖像增強(qiáng)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(diǎn) ....................... 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(lái)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(píng)價(jià) ..... 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(biāo)的非均勻性校正算法 .................. 12 一點(diǎn)溫度定標(biāo)法 ......................... 13 兩點(diǎn)溫度定標(biāo)法 ......................... 14 基于場(chǎng)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(jìn)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(cè)算法分析 ........................... 34 盲元的定義 ................................. 34 盲元的特點(diǎn) ................................. 35 盲元的檢測(cè)和補(bǔ)償 ............................ 37 基于統(tǒng)計(jì)量的檢測(cè) ....................... 37 基于雙參考源的檢測(cè)算法 ................. 38 本文 算法 ............................... 38 碩士學(xué)位論文 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ............................... 42 本章小結(jié) ................................... 43 第五章 紅外圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng) ........................... 44 圖像空域增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)算法處理結(jié)果 ................... 53 基于模糊集理論的圖像增強(qiáng)算法 ................ 54 傳統(tǒng)模糊集理論圖像增強(qiáng)算法 .............. 55 模糊集理論改進(jìn)算法 ..................... 56 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ........................... 62 本章小結(jié) ................................... 65 結(jié) 論 ........................................... 66 參考文獻(xiàn) ......................................... 67 攻讀碩士 學(xué)位 期間發(fā)表 的 論文 和取得的科研成果 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 我們知道人眼在白天或有可見光照射的環(huán)境中對(duì)景物非常的敏感，但是，在夜晚或沒有可見光照射時(shí)，人眼基本上喪失了它的功能，這