【正文】 這種現(xiàn)象在目標不斷運動時表現(xiàn)不明顯，但是當目標在長時間靜止后突然 運動，而校正系數(shù)的更新需要一定的時間才會收斂，偽像的現(xiàn)象就會很嚴重。 （ a） （ b） 第三章 紅外圖像非均勻性校正算法 25 （ c） 圖 （ a）原始圖像 （ b）添加非均勻性圖像 （ c）校正后圖 像 分析圖 ，從圖中看出對于處于靜止狀態(tài)的房屋、花園、路燈等物體，校正過后對比度下降，邊緣變得模糊，甚至路燈已經(jīng)融合在了背景中，而圖像中處于運動狀態(tài)的人則沒有這種現(xiàn)象發(fā)生。 （ 2） 隱含層 隱含層的作用是對校正后的輸出圖像進行平滑濾波，并將處理的結(jié)果作為理想輸出送到校正層，用于確定下一步的校正參數(shù)。 (a) (b) 哈爾濱工程大學碩士學位論文 22 (c) 圖 實驗結(jié)果 (a)原始圖像 (b)添加非均勻性噪聲圖像 (c)卡爾曼濾波結(jié)果 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非均勻性校正算法 基于 BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的非均勻性校正算法是 D. A. Scribner 等人在 20 世紀 90 年代初提出的 [43] ，它能夠?qū)?shù)實時更新，因此得到了廣泛的應(yīng)用，是目前研究的主要方向之一。探測元讀出噪聲 kV 的協(xié)方差為（假定 ()kVi與 ()kVj是不相關(guān)的）： 0 kTkl R k lE V V o th e r w is e???? ? ??? ? （ 326） 其中： 2( , )kk lkk l l VRI?? （ 327） 式中 ( , )kkllI是 kl 階的單位矩陣， 2lkV?是通過場景數(shù)據(jù)計算出來的幀塊加性電噪聲的協(xié)方差。 在上述模型中，應(yīng)該確保增 益和偏移量的隨機漂移的長期不變性，也就是說，盡管增益和偏移量在塊與塊之間允許任意漂移，但是應(yīng)該確保這種漂移的統(tǒng)計特性不變。以上所有的表述都是基于單個探測元的，因此，為了方便，后面均省略下標 ij。本節(jié)主要介紹基于卡爾曼濾波的非均勻性校正算法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非均勻性校正算法及其改進算法，并對校正的結(jié)果進行了分析。 在陣列元響應(yīng)范圍內(nèi)，選取兩個溫度不同的均勻黑體（高溫 HT和低溫 LT ）作為輻射源，記錄所有陣列元在高溫 HT 和低溫 LT 黑體輻射下的響應(yīng)輸出分別為 ()ij HXT 、 ()ij LXT，計算陣列元響應(yīng)的平均值得： 111( ) ( )MNH i j HijX T X TMN ??? ? ?? （ 38） 111( ) ( )MNL i j LijX T X TMN ??? ? ?? （ 39） 由前面的描述可知，陣列元的非均勻性校正方程為： ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 。 0 )MNijijX T X T M N i M j N??? ? ? ? ??? （ 33） 則它的偏置校正因子為： ( ) ( ) ( ) ( 0 。上式又可表示為： ( ) ( ) ( ) ( ) ( 0 。 本章小結(jié) 本章首先分析了紅外成像系統(tǒng)工作的特點，然后列出了幾種常見的非均勻性產(chǎn)生的原因，及引入噪聲的類型，只有明確了非均勻性的來源，才能更好的預(yù)防和校正，最后給出了幾種關(guān)于紅外圖像非均勻性的定義。由于在非均勻性的定義中用到了平均 響應(yīng)率的概念，為了便于理解，我們首先給出平均響應(yīng)率的概念：焦平面各有效像第二章 紅外成像非 均勻性產(chǎn)生的原因和定義 11 元響應(yīng)率的平均值，計算公式如下： 111 ( , )() MNijR R i jM N d h ??? ? ? ? ?? （ 21） 式中： ,MN— 分別是焦平面陣列的行和列數(shù)。 （ 3） 光學系統(tǒng)的影響。紅外成像系統(tǒng)非均勻性的來源如圖 所示。 （ 3）低對比度 自然環(huán)境中目標與背景之間存在熱交換、大氣熱輻 射和吸收，這就導致了場景中各部分溫度差異不大，在紅外圖像中就表現(xiàn)為對比度較低。 第五章在模糊集理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖像反色和多分辨率融合等理論，提出了一種新的基于模糊集理論的圖像增強算法，并在對比度測量函數(shù)、均值、標準差等方面，將傳統(tǒng)算法處理結(jié)果和本文算法處理結(jié)果進行了對比和分析。另外，常用的變換域還有模 糊域，即基于模糊集理論的圖像增強算法，該算法是于 20世紀 80年代中期， [24]，由于其良好的第一章 緒論 7 處理效果而得到了廣泛的應(yīng)用，并有人在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上提出了改進算法。這些算法根據(jù)作用域的 不同，大致可以分為兩大類：基于空間域的圖像增強算法和基于變換域的圖像增強算法。 除了上面列出來的幾種算法外，還有許多非均勻性校正算法，在非均勻性消除方面都有自己的特點，如基于小波變換的算法 [14]、時域高通濾波算法 [15]等等，都能取得很好的效果。恒定統(tǒng)計法和恒定范圍統(tǒng)計算法都屬于此類，區(qū)別在于后者考慮了電噪聲對成像系統(tǒng)的影響。在一點校正算法的基礎(chǔ)上，有人提出了兩點校正算法 [7]，該算法主要改善了一點校正算法不能兼顧增益不均勻性和偏置不均勻性的缺點，它是通過在線性范圍內(nèi)選取兩個不同的均勻輻射量來實現(xiàn)對陣列輸出響應(yīng)的偏置和增益系數(shù)同時進行校正，因此，它具有更高的校正精度。 目前來說雖然工藝制造水平已經(jīng)有了很大的提高，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的非均勻性，但是很難實現(xiàn)具有理想非均勻性紅外焦平面陣列的制造。 2)與可見光相比，紅外輻射更容易穿透霧、霾環(huán)境，能夠克服這些視覺上的障礙，較好的排除干擾，探測到目標。因為在成像過程中需要精密的機械運動配合，所以這種成像的方法也被人們稱為光學機械掃描成像。 紅外成像系統(tǒng)所成圖像的灰度信息反映的是場景的紅外輻射量，因此它與可見光成像系統(tǒng)的工作原理有很大不同。 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。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。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)。 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)。 致 謝 ............................. 錯誤 !未定義書簽。像素灰度的大小是由相應(yīng)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(yīng)部分就 會表現(xiàn)的越暗。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(gòu)比較復 雜，抗震能力弱，容易損壞。 3）隱蔽性好，它響應(yīng)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。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。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(yīng)范圍內(nèi)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(yīng)輸出之間的函數(shù)映射關(guān)系。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(yīng)參數(shù)的漂移。 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(yīng)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。 最基礎(chǔ)的空域增強算法，如直方圖修正、灰度拉伸等 [19]。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。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(chǎn)生的原因和定義 非制冷紅外焦平面陣列的產(chǎn)生，標志 著紅外成像系統(tǒng)進入了一個全新的發(fā)展階段。 （ 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(nèi)，場景中各部分的輻射量基本保持不變，這也為