紅外成像論文-紅外圖像增強(qiáng)算法研究(編輯修改稿)
2025-07-10 11:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 直方圖也是相同的 。 也就是說 ， 圖像與直方圖之間是一種多對一的映射關(guān)系 ，所以僅僅從一個直方圖的信息并不能描述出一幅完整的圖像。 圖 具有相同直方圖的圖像 動態(tài)范圍 圖像的直方圖 可以 直觀 地 表現(xiàn) 出圖像的整體性質(zhì) ，如下圖 的前四幅圖像中主要描述了圖像的整體明暗等性質(zhì)。其中 （ a） 表示該圖像總體偏暗； (b)表示該圖像總體偏亮； (c)表示該灰度范圍偏小，圖像中許多細(xì)節(jié)分辨不 清； (d)表示該圖像中灰度分布比較均勻。后三幅則表示了圖像的灰度動態(tài)范圍。 (e)表示圖像灰度動態(tài)范圍比較合適。 (f)表示圖像灰度動態(tài)范圍太小。 (g)表示圖像的灰度動態(tài)范圍過大。 圖 直方圖動態(tài)范圍 紅外直方圖的特點 由于紅外圖像成像是所特有的機(jī)理。使其直方圖和可見光圖像的直方圖相比具有一定的規(guī)律性。 圖 可將光及其直方圖 圖 紅外圖像及其直方圖 經(jīng)過將可將光直方圖與紅外圖像直方圖進(jìn)行對比分析，并通過實驗仿真，可以歸納出紅外圖像直方圖具有一下幾個特點： 1. 紅外圖像 的 直方圖動態(tài)范圍不大，很少充滿整個灰度級。如圖 ，像素灰度主要集中在 10150 范圍內(nèi)。而可 見 光圖像 的 直方圖充滿整個灰度級空間，如圖 所示。 2. 紅外圖像的直方圖上的像素分布不均勻，只在某些相近的灰度級范圍內(nèi)集中。如圖 所示，像素在灰度級 10150 范圍內(nèi)分布不均勻，主要集中在灰度級 50 附近。而如圖 所示，可見光圖像的直方圖上的像素分布均勻。 3. 紅外圖像的直方圖存在著明顯的 高 峰，且多數(shù)情況下為單峰 或 雙峰 。若呈現(xiàn)雙峰，將雙峰分為主峰和次峰。一般主峰為信號，次峰為噪聲。而如圖 ， 可見光圖像的直方圖上的峰不如紅外圖像的明顯。 上述三點即為紅外圖像直方圖的特點。但由于紅外成像系統(tǒng)受工作環(huán)境、器件本身熱效應(yīng) 等因素影響，有時在直方圖上所呈現(xiàn)的特點與 上述特點并不完全 一致。 第三章 紅外圖像增強(qiáng)方法 一般情況下 ,在紅外圖像的生成、傳輸和轉(zhuǎn)化過程中總要造成圖像質(zhì)量下降。例如，由于紅外探測器尺寸的限制造成紅外圖像分辨率較低。在傳輸過程中， 由于傳輸距離較遠(yuǎn)或者在大氣中衰減等也 會使得紅外圖像質(zhì)量下降。另外，由于紅外圖像獨特的生成機(jī)理和紅外成像系統(tǒng)自身的缺點，使得紅外圖像與可見光圖像相比，具有對比度低、圖像模糊和信噪比低等缺點。 改善的辦法有兩類 ， 一類是不考慮圖像 質(zhì)量下降 的原因 ， 只將圖像中感興趣的特征有選擇的突出 ， 而衰減其不必要的特征 ，所以 改善后的圖像不一定要去逼近原圖像 ， 這類圖像改善方法統(tǒng)稱為圖像增強(qiáng)技術(shù) 。 從圖像質(zhì)量評價觀點來看 ，圖像增強(qiáng)技術(shù)的主要目的是提高圖像的可懂度 。 另一類改善方法找出紅外圖像質(zhì)量降低和視覺效果不好的原因，然后進(jìn)行有針對性的對紅外圖像做增強(qiáng)處理。此類方法是提高紅外圖像的整體圖像質(zhì)量也即是紅外圖像的整個區(qū)域的圖像質(zhì)量提高，使紅外圖像的保真度逼近或接近原始圖像，這類改善方法統(tǒng)稱為圖像復(fù)原技術(shù) ， 它的主要目的是提高圖像質(zhì)量的逼真度 。 本文主要討論第一類改善方法，即圖像增強(qiáng)技術(shù)。 圖像增強(qiáng)技術(shù)的分類 圖像增強(qiáng)的首要目標(biāo)是處理圖像，使其比原始圖像更適合于實際應(yīng)用的需要。通常采用一系列技術(shù)提高圖像的清晰度，并將圖像轉(zhuǎn)化為一種更適合于人眼或機(jī)器分析的形式。其研究重點是通過有選擇的突出實際所需的某一部分信息，抑制圖像中無用信息，一次提高圖像的質(zhì)量。 根據(jù)增強(qiáng)圖像時不同的作用域，可將圖像增強(qiáng)技術(shù)分為兩類：空域法和頻域法?？沼蚍丛诳臻g域內(nèi)進(jìn)行圖像增強(qiáng)，其本質(zhì)是對圖像像素灰度值的增強(qiáng)處理。頻域法即在頻率域內(nèi)對圖像進(jìn)行處理。通常先將圖像進(jìn)過傅里葉或小波變換，然后對變換之后生成的頻譜成分進(jìn)行操作，最后通過傅里葉或小波反 變換得到所需的圖像。 和空域法相比，頻域法的運(yùn)算復(fù)雜且運(yùn)行速度慢，很難滿足實時性的要求。本文主要討論空域圖像增強(qiáng)法。圖像增強(qiáng)的基本算法如下圖所示： 圖 圖像增強(qiáng)基本算法分類圖 紅外圖像增強(qiáng)的基本算法 “空域”是指圖像平面的本身， 空間域增強(qiáng)處理就是對圖像像素進(jìn)行直接處理的技術(shù)?？沼?法的定義式如下： ( , ) [ ( , )]Z x y T A x y? （ 31） 其中 A(x,y)是輸入圖像， Z(x,y)是進(jìn)過處理之后的圖像， T 是對輸入圖像的某種變化操作。 灰度變換 T操作 最簡單的情況是領(lǐng)域為單個點，這樣輸出 Z只與 A的灰度值有關(guān)，所以將這種操作函數(shù)稱為灰度級函數(shù)，其形式為： ()s Tr? （ 32） 其中 s,r 分別對應(yīng) Z， A 中任意點的灰度值。 若含有較多的領(lǐng)域空間，常用的方法是通過領(lǐng)域里的 A 值函數(shù)來確定 Z 在對應(yīng)點處的值。 其用公式描述主要利用掩模表示。常見的灰度變換方法有：圖像反轉(zhuǎn)、對數(shù)變換、冪次變換和分段線性變換。 分段線性變化 分段線性變換方法一般常用在圖像中的局部區(qū)域或目標(biāo)灰度區(qū)間的突出和增強(qiáng)方面，而且同時對那些不相關(guān)的灰度區(qū)域進(jìn)行抑制，一般較常用的方法就是分段線性變換方法對于分段線性變換算法，目前較經(jīng)常用的是三段式線性變換方法，如下圖 。這種方法對每一個灰度級的拉伸或壓縮是通過折線拐點位置的調(diào)整改變各個線段的斜率來實現(xiàn)的。 圖 分段線性變換示意圖 采用分段線性變換方法 對圖像增強(qiáng)效果如下： 圖 采用分段線性方法對比圖 圖 為采用分段線性方法后圖像增強(qiáng)效果，左圖為原始圖，右圖為變換之后圖像。從圖像上不 難看出這種方法具有很強(qiáng)的針對性，其主要是針對局部區(qū)域進(jìn)行圖像增強(qiáng) ，同時對其他區(qū)域進(jìn)行適度抑制。但是，該方法存在一個明顯缺陷，即對圖像采用分段線性變換的 結(jié)果 與分段區(qū)域的選擇有很大關(guān)系。 直方圖均衡 圖像的灰度直方圖表示灰度圖像中具有每種灰度的像素的個數(shù) ， 反映了圖像中每種灰度級出現(xiàn)的頻率 ， 是圖
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