一种基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统及方法

摘要

本发明涉及红外热成像技术领域，尤其涉及一种基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统及方法，该系统包括：图像采集单元，用于接收目标及背景经大气传输的红外辐射；红外焦平面阵列单元，用于将经图像采集单元聚焦后的光信号转换成与之成正比的电信号；电路读出单元，用于读取从红外焦平面阵列单元转换的电信号并输出；模拟信号处理单元，用于将电路读出单元的电信号进行放大；模数转换单元，用于将模拟信号转换成数字信号；数字信号处理单元，用于将转换成的数字信号进行contourlet变换，并对变换后的信号进行去噪处理；显示单元，用于显示变换去噪处理后的新图像。本发明提高了高频分量的对比度，并且提高了低频分量的细节部分。

说明书

技术领域

本发明涉及红外热成像技术领域，尤其涉及一种基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统及方法。

背景技术

红外热成像是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。红外成像系统属于被动成像，因此具有良好的隐蔽性，它突破了照度和光谱响应范围对人眼的视觉限制，因此较可见光系统作用距离更远，具有更强的烟雾透射能力和抗干扰能力，几乎可以准全天候工作。

然而由于自然光线中红外成分比较多，这些红外成分会对颜色产生影响然，而且在进行图像的获取中，远处的非目标发出的红外成分也会对最终成像图像产生影响，导致图像模糊不清等问题出现。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统及方法，提高红外成像的清晰度。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统，包括：

图像采集单元，用于接收目标及背景经大气传输的红外辐射；

红外焦平面阵列单元，与所述图像采集单元连接，用于将经所述图像采集单元聚焦后的光信号转换成与之成正比的电信号；

电路读出单元，与所述红外焦平面阵列单元连接，用于读取从所述红外焦平面阵列单元转换的电信号并输出；

模拟信号处理单元，与所述电路读出单元连接，用于将所述电路读出单元的电信号进行放大；

模数转换单元，与所述模拟信号处理单元连接，用于将模拟信号转换成数字信号；

数字信号处理单元，与所述模数转换单元连接，用于将转换成的数字信号进行contourlet变换，并对变换后的信号进行去噪处理；

显示单元，与所述数字信号处理单元连接，用于显示变换去噪处理后的新图像。

进一步地，所述红外焦平面阵列单元还包括偏置单元和驱动脉冲产生单元，所述偏置单元用于放大三极管电路的整个信号周期，所述驱动脉冲产生单元用于为所述红外焦平面阵列单元提供驱动脉冲。

进一步地，所述数字信号处理单元用于通过将数字信号进行contourlet变换得到低频分量和高频分量，并对得到的低频分量和高频分量进行去噪。

进一步地，所述数字信号处理单元的去噪方法包括硬阈值去噪、软阈值去噪和半阈值去噪。

进一步地，所述数字信号处理单元对去噪后的高频分量进行映射变换函数进行增强，其增益函数如下：

其中,W

进一步地，所述数字信号处理单元对去噪后的低频分量进行映射变换函数进行增强，其线性映射函数如下：

其中：

W

进一步地，所述数字信号处理单元还对变换过后的高频分量和低频分量采用反变换的方法，以获得新的图像。

本发明另一方面还提供了一种红外阵列图像增强方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统中，其特征在于，包括以下步骤：

获取目标图像，使其聚焦于红外焦平面阵列单元的光敏面上；

获取经所述红外焦平面阵列单元转换的模拟电信号；

放大所述模拟电信号并将其转换为数字电信号；

对所述数字电信号进行contourlet变换，得到低频分量和高频分量；

对低频分量和高频分量进行去噪；

对高频分量进行映射变换函数增强，以提高图像的对比度；

对低频分量进行线性映射函数变换，以增强图像的细节；

对变换后的高频分量和低频分量进行反变化，以得到新图像。

进一步地，所述对高频分量进行映射变换的函数为：

其中,W

进一步地，所述对低频分量进行线性映射函数变换的函数为：

其中：

W

本发明的有益效果为：本发明利用contourlet变换对图像的高频分量和低频分量进行了变换和去噪相结合的方法，提高了高频分量的对比度，并且提高了低频分量的细节部分，最终使用反变换方法将二者结合，使得图像提高了信噪比和对比度，从而提高了图像的清晰度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中利用基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统的图像增强方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本发明基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统能够将多尺度分析和方向分析分开进行，使图像增强效果更加明显，更加突出感兴趣的部分，相对于目前的小波变换方式更为优越，本实施例的以下部分，将对该系统以及方法进行详细的描述。

本发明基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统能够将多尺度分析和方向分析分开进行，使图像增强效果更加明显，更加突出感兴趣的部分，相对于目前的小波变换方式更为优越，本实施例的以下部分，将对该系统以及方法进行详细的描述。

如图1所示的基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统，包括：红外焦平面阵列单元20、红外焦平面阵列单元20、电路读出单元30、模拟信号处理单元40、模数转换单元50、数字信号处理单元60和显示单元70，其中：

图像采集单元10用于接收目标及背景经大气传输的红外辐射；这里的图像采集单元10可以是光学系统，例如可以是摄像机镜头端的透镜组合，通过图像采集单元10，可以将需要采集的目标进行聚焦，提高收集的图像的质量。

红外焦平面阵列单元20与图像采集单元10连接，用于将经图像采集单元10聚焦后的光信号转换成与之成正比的电信号；红外焦平面阵列单元20上排列着感光元件阵列，感光元件阵列可以将光信号转变为电信号。

电路读出单元30与红外焦平面阵列单元20连接，用于读取从红外焦平面阵列单元20转换的电信号并输出；这里输出的是一维视频信号。

模拟信号处理单元40与电路读出单元30连接，用于将电路读出单元30的电信号进行放大；通过模拟信号处理器将一维视频信号进行放大，以便于后期对信号的处理。

模数转换单元50与模拟信号处理单元40连接，用于将模拟信号转换成数字信号；

数字信号处理单元60与模数转换单元50连接，用于将转换成的数字信号进行contourlet变换，并对变换后的信号进行去噪处理；

显示单元70与数字信号处理单元60连接，用于显示变换去噪处理后的新图像。

在上述实施例中，利用contourlet变换对图像的高频分量和低频分量进行了变换和去噪相结合的方法，提高了高频分量的对比度，并且提高了低频分量的细节部分，最终使用反变换方法将二者结合，使得图像提高了信噪比和对比度，从而提高了图像的清晰度。

在本发明的优选实施例中，红外焦平面阵列单元20还包括偏置单元和驱动脉冲产生单元22，偏置单元用于放大三极管电路的整个信号周期，驱动脉冲产生单元22用于为红外焦平面阵列单元20提供驱动脉冲。在三极管放大电路中，不加偏置电路的话，信号只有一个半周在基极中产生电流，而且这个半周的一部分会小于三极管的阀值电压，因此三极管只能放大这个信号的不足一个半周，要想放大整个信号周期，需要增加偏置电路。

具体的，在对数字信号进行处理时，数字信号处理单元60用于通过将数字信号进行contourlet变换得到低频分量和高频分量，并对得到的低频分量和高频分量进行去噪。

关于去噪，数字信号处理单元60的去噪方法包括硬阈值去噪、软阈值去噪和半阈值去噪。硬去噪具有信噪比高的优点，但是有抖动不光滑，而软去噪的特点就是光滑，本发明实施例中分别将高频分量和低频分量采用不同方法进行去噪，而由于高频分量在不同层次和不同方向上存在的噪声强弱不同，因此采用不同的阈值参数，即半阈值的方法，才能尽可能的保留更多有用的信息特征。

在处理过后的高频成分采用自适应的映射变换函数进行增强，采用的自适应变换可以根据每一层方向上系数的特点进行不同程度上的线性拉伸，从而提高图像的对比度，数字信号处理单元60对去噪后的高频分量进行映射变换函数进行增强，其增益函数如下：

其中,W

进一步的，对低频分量采用同样的线性变换，在一定程度上以达到增强图像细节部分的效果，其线性映射函数如下：

其中：

W

最后，数字信号处理单元还对变换过后的高频分量和低频分量采用反变换的方法，以获得新的图像。

本发明实施例还提供了一种红外阵列图像增强方法，应用于上述基于contourlet变换的红外阵列图像增强系统中，如图2中所示，包括以下步骤：

S10：获取目标图像，使其聚焦于红外焦平面阵列单元的光敏面上；

S20：获取经红外焦平面阵列单元转换的模拟电信号；

S30：放大模拟电信号并将其转换为数字电信号；

S40：对数字电信号进行contourlet变换，得到低频分量和高频分量；

S50：对低频分量和高频分量进行去噪；

S60：对高频分量进行映射变换函数增强，以提高图像的对比度；

S70：对低频分量进行线性映射函数变换，以增强图像的细节；

S80：对变换后的高频分量和低频分量进行反变化，以得到新图像。上述高频分量及低频分量的具体处理方式已经在上文中进行过阐述，这里不再赘述；这里还需要指出的是，本发明实施例中的系统及方法还可以应用在预警、检测跟踪、成像制导、科学研究、遥感、工业检测等领域。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。