近红外图像增强算法研究

摘要

近年来红外图像的社会需求在不断增加，对红外图像质量的要求也不断提高，因此红外图像的研究成为科学界的热门话题。红外图像的形成依托于目标物体发出的红外辐射，但该辐射在各种介质中传播易受到干扰而导致辐射强度减弱，造成原始红外图像质量欠佳，不能满足在军事、医学及民用领域的要求。由于目前红外成像设备在硬件层面的技术缺陷无法从根本上解决这些问题，因此从算法的角度增强红外图像尤为必要。
　　本研究课题分析了红外焦平面阵列(infrared Focal Plane Array，IRFPA)成像过程中存在的有盲元点和非均匀性噪声，图像对比度低以及边缘模糊等问题的根本原因，根据分析所得从图像预处理和图像增强两个阶段对原始近红外图像进行增强。
　　在图像预处理过程中，利用全窗口检测法与滑动窗口检测法相结合的方式检测图像盲元点，并采用时空相关性补偿法去除盲元点。然后利用两点校正法消除因检测仪感应元的不均匀响应而导致的条纹噪声。实验结果显示这种方式可以去除99％以上的盲元点并能良好地降低图像条纹噪声。
　　在图像增强过程中，分析了传统图像增强算法的原理并总结出传统算法处理情况复杂的红外图像时存在的缺陷，然后结合本课题中遇到的实际问题，提出一种基于steerable pyramid近红外图像增强算法（近红外图像是红外图像中根据波长再次细分出的一类图像，也是本课题主要的研究对象）。对经过盲元点处理和非均匀性校正后的图像，首先进行多尺度steerable pyramid分解，得到多个分辨率下原始图像的低频系数和多方向高频系数。Steerable pyramid支持多方向高通滤波，拥有多向性和旋转不变性，从而能更好地保留图像细节。低频系数进行模糊集合非线性变换，利用模糊函数的凹凸性来调节图像像素值，从而提高图像对比度。图像噪声往往位于图像的高频部分，因此高频系数采用阈值法，以隔离图像细节信息和图像噪声信息，达到降低图像噪声的目的。然后通过steerable pyramid反变换重构，可得与原图同分辨率的图像。最后为了进一步突出图像细节信息，再使用反锐化掩模算法处理图像。处理后的图像不仅在主观上有更好地视觉效果，而且对比度增益保持在6.20以上，最高可达7.12，信息熵保持增加在1.20倍以上，最高可达1.67倍。
　　在steerable pyramid重构的过程中涉及图像的降采样和插值处理，传统的零捅值法和双线性插值等导致图像不同程度的边缘丢失，造成图像失真严重，因此提出一种自适应插值算法，在降采样过程中记录被剔除像素点与未剔除像素点之间的大小关系，然后在插值过程中使新插入像素值保留其与周围未剔除像素点的大小关系，从而降低了细节损失，解决了steerable pyramid算法因传统插值不理想导致的图像失真问题。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 IRFPA成像综述

2．1 红外焦平面阵列成像原理

2．2 红外焦平面阵列分类

2．3 存在的问题

2．4 图像质量评价方法

2．4．1 主观评价方法

2．4．2 客观评价方法

2．5 本章小结

第三章 常用图像处理算法

3．1 盲元点检测与补偿

3．1．1 盲元的定义

3．1．2 盲元检测算法

3．1．3 盲元补偿算法

3．2 非均匀性校正

3．2．1 非均匀性的定义

3．2．2 非均匀性校正算法

3．3 图像增强算法

3．3．1 灰度变换

3．3．2 直方图均衡

3．3．3 空间域滤波

3．3．4 简单的频域滤波

3．3．5 反锐化掩膜

3．3．6 同态滤波

3．3．7 各算法分析总结

3．4 本章小结

第四章 基于steerable pyramid近红外图像增强

4．1 原始图像采集及分析

4．2 消除盲元点

4．2．1 过热像元点的检测与补偿

4．2．2 死像元点的检测与补偿

4．3 去除非均匀性噪声

4．4 基于steerable pyramid近红外图像增强

4．4．1 Steerable Pyramid

4．4．2 低频系数处理

4．4．3 高频系数处理

4．4．4 自适应插值

4．4．5 反锐化掩膜

4．4．6 实验结果与分析

4．5 本章小结

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果