【正文】 校正公式 [36]。對于焦平面陣列中處于第 i 行、 j 列的陣列元，在 n 時刻的輸出響應模型，可以表示為： ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 。 哈爾濱工程大學碩士學位論文 12 第三章 紅外圖像非均勻性校正算法 目前國內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：基于定標和基于場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率輸出值的均方差與平均響應率 R 的百分比 [32]。 ,dh— 分別為無效像元中的過熱像元和死像元個數(shù)。場景輻 射強度是不斷變化的，這種變化不僅表現(xiàn)為場景輻射總量的變化，而且還有輻射光譜的變化，然而紅外探測單元對光譜的響應是一個復雜的過程，當場景輻射光譜變化時，不能夠保證探測元仍然具有相同的均勻性，即便是它對輻射總量響應均勻。光學系統(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，如當光學鏡頭的加工精密度不夠時會引入非均勻性，另外鏡頭存在的光學孔徑效應也會對成像產生很大的影響。在非均勻性校正計算過程中，也需要相應的算法來消除這些無效像元的影響。 系統(tǒng)自身因素帶來的非均勻性 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的不一致性、 1/f 噪聲影響、光學系統(tǒng)的影響和放大電路非一致性帶來的非均勻性 [30]。 根據(jù)上面對紅外圖像特點的描述，可以總結出紅外圖像最典型的特點是：圖像亮度低、信噪比較低、直方圖較為集中、對比度低，并且弱小目標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，在短暫的時間間隔內，場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特征提取和定位提供了保證。因此，對于紅外圖像來說，它們具有以下特點 [29]： （ 1）亮度低 由于紅外探測單元可響應的輻射范圍很廣，而實際物體輻射量相對于這個范圍比較低，并且場景各部分的輻射分布差異比較小，所以，一般來說紅外圖像的整體亮度較低。哈爾濱工程大學碩士學位論文 8 第二章 紅外成像非均勻性產生的原因和定義 非制冷紅外焦平面陣列的產生，標志 著紅外成像系統(tǒng)進入了一個全新的發(fā)展階段。 第三章首先介紹了幾種定標校正算法的工作原理，然后介紹了基于場景校正算法中的卡爾曼濾波校正算法、神經(jīng)網(wǎng)絡校正算法，并給出了仿真結果分析。文獻 [25]介紹了基于二維離散小波變換的紅外圖像增強方法，該算法計算效率較高，圖像的梯度提供了更多的圖像細節(jié)信息，并且有效的控制噪聲。在文獻 [21]中提出了自適應直方圖均衡增強算法，該算法本質上也是直方圖均衡算法，但是在對圖像進行直方圖均衡化處理之前，使用了一個加權函數(shù)對直方圖進行了加權處理。 最基礎的空域增強算法，如直方圖修正、灰度拉伸等 [19]。另外還有基于參考源的檢測算法，算法中首先通過對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)計特性的不同來進行盲元的判定，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，對輻射的響應過高或過低，這些像素點不能夠正確的反映場景的信息和場景的變化，嚴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)增加紅外圖像細節(jié)信息越來越不明顯，靜止目標會逐漸融入背景。雖然場景統(tǒng)計的算法利用了空間統(tǒng)計信息，但是它沒有考慮時域統(tǒng)計信息，所以它也不能很好的跟蹤探測器響應參數(shù)的漂移。還有一系列的定標算法的改進算法，使這一類算法更具有實用性，這里就不一一介紹了。之后 等人又提出了多點校正算法 [8]，該算法在焦平面陣列響應范圍內選取了多個定標點，通過這些特定的點來找出輻射量與探測器響應輸出之間的函數(shù)映射關系。因此，對于紅外圖像的增強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。并且當探測元數(shù)目非常大時，不可能通過逐一的對探測元測量篩選標定補償?shù)姆绞綄ζ溥M行校正。 課題的研究目的和意義 紅外焦平面陣列成像技術相對于單點掃描成像，它的多元成像特點不可避免的帶來了非均勻性 [4]。 3）隱蔽性好，它響應的是場景的熱輻射，屬于被動接收，這要比雷達成像和激光探測的保密性好。這種成像方式需要對采集到的探測信號進行采樣處理，然后將信號依次送出，也就形成記錄了場景的紅外圖像。這種成像方式有兩個嚴重的弊端：首先光學鏡頭的移動是精密的機械過程，所以一般來說這種掃描機構比較復 雜，抗震能力弱，容易損壞。 哈爾濱工程大學碩士學位論文 2 紅外成像系統(tǒng)有幾個重要的組成部分，其中包括用來對接收的紅外輻射進行聚焦的光學系統(tǒng)和進行信號放大處理的視頻信號放大器，還有最為重要的部件：紅外探測單元，成像系統(tǒng)通過它實現(xiàn)紅外輻射信號與電信號之間的 轉換，成像系統(tǒng)工作過程如圖 所示。像素灰度的大小是由相應場景中紅外輻射強度決定的，輻射強度越大，像素灰度值就越大，輸出圖像就越亮，相反輻射強度越小，得到的紅外圖像相應部分就 會表現(xiàn)的越暗。長期以來人們都在尋求一種技術，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)使這種技術的實現(xiàn)成為可能，因為所有的物體都或多或少的對周圍環(huán)境進行著輻射。 致 謝 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 Nonuniformity correction。 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)的圖像處理和應用打下了堅實的基礎。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)信息的不同作相應的變化，校正結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技術研究 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，已被廣泛的應用于軍事和民用領域，是具有廣闊發(fā)展前景的一種成像技術。但是，受到當前技術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)絡校正算法結果存在圖像模糊和偽像的問題，本文在分析問題產生原因的基礎上，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。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。 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技術研究 目 錄 第一章 緒論 ........................................ 1 紅外熱成像技術研究現(xiàn)狀 ....................... 1 課題的研究目的和意義 ......................... 3 紅外圖像預處理算法綜述 ....................... 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容安排 ..................... 7 第二章 紅外成像非均勻性產生的原因和定義 ............. 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非均勻性的定量評價 ..... 10 本章小結 ................................... 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)絡的非均勻性校正算法 .......... 22 改進的神經(jīng)網(wǎng)絡校正算法 ................. 27 本章小結 ................................... 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 實驗結果分析 ............................... 42 本章小結 ................................... 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 實驗結果分析 ........................... 62 本章小結 ................................... 65 結 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。 我們知道人眼在白天或有可見光照射的環(huán)境中對景物非常的敏感，但是，在夜晚或沒有可見光照射時，人眼基本上喪失了它的功能，這