【正文】 大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)趨于均勻化。采用直方圖處理可以使圖像動(dòng)態(tài)范圍得到一定擴(kuò)展的同時(shí)能對(duì)灰度級(jí)分布進(jìn)行調(diào)整并使其分布均勻，增加圖像各部分的對(duì)比度，這樣就能使圖像顯得比原來(lái)清晰，達(dá)到對(duì)圖像的增強(qiáng)。 4． 3 基于直方圖處理的紅外圖像增強(qiáng)方法 直方圖處理是圖像空域處理技術(shù)的基礎(chǔ)，它反映的是灰度級(jí)分布的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，在可見光圖像增強(qiáng)處理中常常被用到。 （ a）原圖像 （ b）中值濾波處理后的圖像 圖 原圖像與中值濾波后的圖像 由于中值濾波是一種基于排列統(tǒng)計(jì)理論的非線性運(yùn)算，它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算簡(jiǎn)單、處理速度快，并且既可以去除噪聲又可以保護(hù)圖像的邊緣，因此中值濾波器非常適合運(yùn)用在一些線性濾波器無(wú)法勝任的圖像處理領(lǐng)域 ，但對(duì)于線、點(diǎn)團(tuán)等小細(xì)節(jié)部分不宜采用這種方法處理。 中值濾波對(duì)脈沖干擾和椒鹽噪聲的作用明顯。針對(duì)這種濾波器的缺點(diǎn)非線性濾波器得到了很好的發(fā)展，比如中值濾波器。 figure,imshow(J)。average39。 這種方法能夠有效的改善圖像劇烈變化的情況，減少 噪聲。 (a)原圖像 （ b） Laplace算子濾波 圖 Laplace算子濾波 由于拉普拉斯算子強(qiáng)調(diào)的是圖像灰度突變的區(qū)域，它產(chǎn)生的是一幅圖像的圖像景物邊緣或輪廓 。而 Laplace 算子就是高通算法的一種 。 平滑 濾波器則是對(duì)圖像低頻分量進(jìn)行增強(qiáng)，它可以對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理，消除圖像噪聲。那么為了更好的增強(qiáng)圖像，我們必須 要像分段線性變換算法一樣，分析好圖像中各部分的頻率特性，因此就可以根據(jù)圖像中各部分 像素的頻率特性分別增強(qiáng)圖像的高頻和低頻部分。這是因?yàn)榉侄螀^(qū)間選擇的問(wèn)題，所以我們?cè)跊Q定之前必須多多分析研究，找到適合的分段區(qū)間。 因此，從總體上講，全域線性變換 的圖像增強(qiáng)效果不是特別理想，原因就在于在整個(gè)灰度空間上不進(jìn)行任何區(qū)分地進(jìn)行變換處理，并不能有針對(duì)性的去增強(qiáng)我們所期望獲得的效果，而只是從整體上對(duì)圖像進(jìn)行了一定的增強(qiáng)。 figure,imhist(J)。 J=imadjust(I,[ ], [0 1])。指數(shù)變換的作用正好對(duì)數(shù)變換相反。對(duì) 數(shù)變換適用比較暗的圖像。 對(duì)數(shù)變換的表達(dá)式為 ln [ ( , ) 1 ]( , ) lnf x yg x y a bc ??? （ ） 這里的參數(shù)都是用來(lái)調(diào)整變換曲線的位置和形狀的。通過(guò)增加灰度間隔的段數(shù)，再仔細(xì)調(diào)整各區(qū)間的分割點(diǎn)和變換直線的斜率，可以對(duì)任一灰度區(qū)間進(jìn)行擴(kuò)展壓縮。39。 ( ( , ) )dcc f x y cdc???? （ ） 39。39。39。它的變換式可以表示為 39。 圖 分段式線性變換示意圖 對(duì)于原圖像 ( , )f xy ，將灰度分布區(qū)間 [, ]ab 劃分為三個(gè)子區(qū)間，對(duì)于每個(gè)子區(qū)間再采用不同的線性變換，通過(guò)選擇不同的斜率實(shí)現(xiàn)不同灰度區(qū)間的灰度擴(kuò)展或者壓縮。這樣物體的灰度細(xì)節(jié)得到突出。b 圖 截取式線性變換示意圖 （ 2） 分段線性變換 [17] 分段線性變換就是將圖像灰度分布區(qū)間分為兩端或者兩端以上 。39。a ( , )g x y ? 39。( , ) 39。則 ( , )gxy 和( , )f xy 有以下的關(guān)系 39。, 39。 （ 1） 線性變換 設(shè)原圖像的灰度分布函數(shù)為 ( , )f xy ，像素的范圍為 [, ]ab 。 4． 1 基于灰度變換的紅外圖像增強(qiáng)方法 線性灰度變換 在圖像采集中圖像灰度會(huì)因?yàn)榱炼炔蛔慊蛘吡炼忍蟮脑蚓窒拊谝粋€(gè)很小的范圍里，這時(shí)候顯示出來(lái)的圖像模糊不清沒有層次感。因?yàn)樘幚硇Ч粌H與算法有關(guān)，還與原始圖像質(zhì)量有著很大關(guān)系，所以為了得到一種增強(qiáng)效果較好的算法，常常要對(duì)增強(qiáng)算法進(jìn)行比較分析，然后通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。定性分析雖然主觀，但是它可以從一幅圖像中有選擇的對(duì)感興趣的 對(duì)象進(jìn)行比較好的評(píng)價(jià)，因此圖像增強(qiáng)效果評(píng)價(jià)往往采用定性分析。 4 紅外圖像 增強(qiáng)方法研究 評(píng)價(jià)圖像增強(qiáng)效果的通用標(biāo)準(zhǔn)不存在，增強(qiáng)結(jié)果的好壞完全取決于視覺效果，所以圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)是一個(gè)高度主觀的過(guò)程。 高斯高通濾波器 截止頻率距原點(diǎn)為 0D 的高斯高通濾波器的傳遞函數(shù)表示如下： 220( / 2( 1 e DD? ????? ???? ? ? （ ） 這種高通濾波器在處理圖像的運(yùn)用中，得到的處理結(jié)果比前兩個(gè)濾 波器要更加平滑。同樣，不能在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)現(xiàn)。圖像銳化能夠在頻率域用高通濾波處理實(shí)現(xiàn)，并且衰減低頻成分并不會(huì)擾亂傅立葉變換得高頻信息。 3． 7 頻率域銳化濾波器 由于頻域的低通濾波器在衰減高頻成分時(shí)，會(huì)使圖像變模糊。 Butterworth低通濾波器 大小為 M*N， n級(jí)的 Butterworth低通濾波器的傳遞函數(shù)定義為： ? ?201( 1 ( / nDD? ? ??? ? ? ? ??? （ ） 與理想低通濾波器不同的是在截止頻率處不是截?cái)啵袀€(gè)平滑衰減的過(guò)程，這就使 Butterworth低通濾波器沒有什么振鈴現(xiàn)象 (振鈴是由于低通濾波，圖像高頻 部分丟失，引起圖像模糊的現(xiàn)象 )，因此，處理后的圖像要比理想低通濾波器處理后的圖像在清晰度上要好些。 理想低通濾波器 理想低通濾波器起著截?cái)嗑嘧儞Q點(diǎn)的距離大于 0D 的部分的作用，通常圖中刪除的一部分是高頻成分，它的響應(yīng)表達(dá)式為： ( ( (GF?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? （ ） 其中 (????? 是理想低通濾波器的傳遞函數(shù)， 0D 是距處理點(diǎn)的距離。 3． 6 頻 率域平滑濾波器 在一幅圖像中的邊緣和噪聲等尖銳變化部分，一般集中在傅立葉變換的高頻部分，于是對(duì)于這些高頻部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚涂赡芟魅跎踔潦窍肼暤雀蓴_信號(hào)對(duì)圖像中目標(biāo)的影響。 3． 4 空間域?yàn)V波 空間濾波是將濾波器在被處理的圖像中逐點(diǎn)移動(dòng)，而這個(gè)濾波器則被稱為模版。一般來(lái)講，背景 和目標(biāo)占有較多的像素，這種技術(shù)實(shí)際上加大了背景和目標(biāo)的對(duì)比度；占有較少像素的灰度變換后需要?dú)w并。 ( ) ( ) ()( ) 1rr rsP r d r P r d rd s P r d rPs??? （ ） 0[ ] ( )r rs T r P w dw??? （ ） 直方圖均衡化后的圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大了，量化層間隔擴(kuò)大了，灰度的級(jí)數(shù)分布減少了， 因而有可能會(huì)出現(xiàn)偽輪廓。而 []s Tr? 必須滿足以下條件： (1)r 在區(qū)間 (0,1)時(shí)， s 是單調(diào)增加的，且 s 也在區(qū)間（ 0， 1）； (2) r 和 s 一一對(duì)應(yīng)； (3)反函數(shù)也滿足以上的條件。整個(gè) 過(guò)程就是直方圖均衡化。 直方圖均衡化 對(duì)于圖像 ( , )f xy ，它的灰度范圍是 m in m ax( , )f f x y f??。直方圖修正技術(shù)通常分兩種，直方圖均衡化和直方圖規(guī)定化。 3． 3 直方圖 處 理 直方圖的方法主要是針對(duì)均勻量化圖像， 這樣的圖像在低灰度區(qū)域的頻率較大，整體上圖像較暗，細(xì)節(jié)模糊不清。即 ( , ) [ ( , )]g x y T f x y? （ ） 灰度變換可使圖像灰度動(dòng)態(tài)范圍加大，圖像對(duì)比度得到擴(kuò)展，圖像清晰，特征更加明顯，是圖像增強(qiáng)的重要手段。除了灰度級(jí)的改變時(shí)根據(jù)某種特定的灰度變換函數(shù)進(jìn)行之外，點(diǎn)運(yùn)算可以看作是“從像素到像素”的復(fù)制操作。因此，點(diǎn)運(yùn)算不可能改變圖像內(nèi)的空間關(guān)系。 點(diǎn)運(yùn)算 是一種既簡(jiǎn)單又重要的技術(shù)，一幅輸入圖像經(jīng)過(guò)點(diǎn)運(yùn)算后將產(chǎn)生一幅新的輸出圖像，由 輸入像素點(diǎn)的灰度值決定相應(yīng)的輸出像素點(diǎn)的灰度值。 灰度變換主要針對(duì)獨(dú)立的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)改變?cè)紙D像數(shù)據(jù)所占據(jù)的灰度范圍而使圖像在視覺上得到良好的改觀，沒有利用像素點(diǎn)之間的 相互空間關(guān)系。目的是為了改善畫質(zhì)，是圖像的顯示效果更加清晰。圖像的灰度變換處理的是圖像增強(qiáng)處理技術(shù)中一種非?；A(chǔ)的空間域圖像處理方法。圖像復(fù)原技術(shù)與增強(qiáng)技術(shù)不同，它需 要了解圖像質(zhì)量下降的原因，首先要建立“降質(zhì)模型”，再利用該模型，恢復(fù)原始圖像。例如：突出目標(biāo)物的輪廓，去除各類噪聲，將黑白 圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閭尾噬珗D像等處理。而這種改善的方法一般是兩種：圖像增強(qiáng)和圖像復(fù)原。如果影響不大的話，圖像會(huì)不清晰，很難看清楚細(xì)節(jié)；如果影響很大的話，圖像會(huì)變的模糊不清，大體的輪廓也是不明顯的。頻域處理是在圖像的某種變換域內(nèi)，對(duì)圖像的變換系數(shù)值進(jìn) 行行運(yùn)算，即作某種修正，然后通過(guò)逆變換得到增強(qiáng) 的圖像，這是一種間接增強(qiáng)的方法 [16]。 圖像增強(qiáng)可分為空間域法和頻域法兩大類。其中包括紅外圖像的對(duì)比對(duì)和分辨率以及 紅外圖像的直方圖特征等。 因此，紅外圖像在實(shí)際環(huán)境中表現(xiàn)出各自不同的特點(diǎn)，與上面所講述的一 般特征并不完全一樣。 紅外直方圖 根據(jù)對(duì)以上圖像的分析，我們可以得出紅外圖像的直方圖的一些特點(diǎn)： 絕大部分的像素集中在某些相鄰灰度級(jí) 范圍內(nèi)，這些范圍以外的某些灰度級(jí)上只有很少像素或者直接沒有像素； 相反，可見光圖像的像素分布卻比較均勻；直方圖中很明顯存在峰，大多數(shù)情況下分為單峰或者雙峰；而可見光圖像的直方圖往往有多個(gè)峰同時(shí)存在，也不如紅外圖像的峰明顯；像素灰度值的動(dòng)態(tài)范圍比較小，一般只有很少像素甚至是直接沒有像素，很少占滿整個(gè)的灰度級(jí)空間；而可見光圖像的像素卻幾乎充滿了整個(gè)灰度級(jí)空間。 直方圖能夠反映數(shù)字圖像概貌性質(zhì)的相關(guān)描述，比如：圖像的灰度范圍、灰度的分布、整幅圖像的平均亮度及明暗對(duì)比度等等，并可以由此得出進(jìn)一步處理的重要依據(jù)。 一個(gè)數(shù)字圖像 ( , )f xy ，它的像素總數(shù)是 N ，用 kr 表示第 k 個(gè)灰度級(jí)對(duì)應(yīng)的灰度， kn 表示具有灰度 kr 的像素的個(gè)數(shù)。 2． 2 紅外圖像 的直方圖 直方圖 直方圖反映圖像灰度分布的統(tǒng)計(jì)特征。大部分自然界景物的空間頻率比較豐富，其中包括各種高頻信息，在成像的過(guò)程中，由于紅外熱成像系統(tǒng)的探測(cè)器尺寸有限以及光學(xué)衍射，圖像信號(hào)的高頻部分 很可能會(huì)不完善 ，這樣就會(huì)使圖像變模糊或者變形。另外，通常我們可以在紅外圖像的灰度直方圖中看出 低對(duì)比度高背景 [511]這個(gè)特點(diǎn)，一 般表現(xiàn)為絕大多數(shù)的灰度集中在某些相鄰灰度級(jí)范圍之內(nèi)。 2 紅外圖像的特征分析 2． 1 紅外圖像的對(duì)比度和分辨率 紅外圖像的對(duì)比度 [4] 紅外成像系統(tǒng)是一種利用背景和目標(biāo)間的溫度差來(lái)完成成像的裝置。 由于沒有衡量圖像增強(qiáng)效果的統(tǒng)一和客觀標(biāo)準(zhǔn)，所以目前的圖像增強(qiáng)缺乏統(tǒng)一的理論。頻率域增強(qiáng)方法是對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換后對(duì)其頻譜再進(jìn)行分析操作，然后通過(guò)反變換獲得處理后的結(jié)果，其中又可分為低通濾波法、高通濾波法和同態(tài)濾波法。近些年來(lái)，紅外熱成像系統(tǒng)的成本不斷降低，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)當(dāng)中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 紅外圖像具有以下特點(diǎn) [2]： 能夠在晝夜或者惡劣的氣候下工作；紅外輻射可以穿透煙塵霧靄并且系 統(tǒng)的工作波段比較寬，系統(tǒng)作用的距離比較遠(yuǎn)；不容易受照明閃光、爆炸、射擊等強(qiáng)烈刺激光線的影響；采用的工作方式是被動(dòng)的，不容易受干擾或者被發(fā)現(xiàn)；適合于高精度的跟蹤與瞄準(zhǔn)。 均勻背景圖像的背景點(diǎn)灰度值變化平緩，起伏和強(qiáng)起伏背景則在灰度值變化上都有著較大的差異。 同時(shí)在紅外圖像中占有很大比例的背景也有不同的分類。