基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法
【專利摘要】本發(fā)明針對紅外圖像灰度分布集中、對比度低的特性，提出了一種基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法。該算法避免了高動態(tài)范圍壓縮時細節(jié)的丟失，克服了傳統(tǒng)直方圖均衡算法噪聲過大及亮度突變的缺點，動態(tài)結合了傳統(tǒng)的灰度級增強算法。通過在FPGA硬件平臺上驗證，表明該算法在突出細節(jié)的同時，具有較好的對比度和適時性。
【專利說明】基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅外成像【技術領域】，尤其是一種基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算 法。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)在高性能紅外熱像儀能夠輸出動態(tài)范圍很大的原始圖像數(shù)據(jù)（12?14bit)，超 出一般顯示設備的動態(tài)范圍（〇?8bit)。當獲得大動態(tài)范圍的原始圖像后，必須進行重新 映射，將其動態(tài)范圍壓縮以便于顯示。目前常用的處理手段包括對比度增強、自動增益控制 和直方圖均衡處理。
[0003] 紅外圖像對比對增強方法大多針對低動態(tài)范圍圖像數(shù)據(jù)，且僅僅考慮到實時系統(tǒng) 中的應用。對比度改善與細節(jié)增強應該針對原始的高動態(tài)范圍才更有意義。因為通過A/D 采樣得到的原始圖像信號中包括了場景中最完整的信息，且存在許多微弱的細節(jié)信息。
[0004] 自動增益控制與直方圖均衡是紅外成像系統(tǒng)中使用最廣泛的圖像顯示技術，自動 增益控制首先剔除場景中的極端值，然后將整體的動態(tài)范圍線性映射到8位，這種粗暴的 壓縮必然會導致大量微小細節(jié)的損失。直方圖均衡將圖像的灰度映射函數(shù)采用原始圖像的 累積分布函數(shù)，通過直方圖均衡后圖像的像素分布近似滿足均勻分布，所以直方圖均衡更 加強調出現(xiàn)頻率較大的灰度級，經(jīng)過直方圖均衡的圖像不可避免地出現(xiàn)過增強，均勻區(qū)域 噪聲放大漂白效應等問題。
[0005]考慮到自動增益控制與直方圖均衡方法的不足，許多更加復雜的方法被提出如 Retinex4,但這些方法主要是針對可見光圖像。即對于可見光圖像具有良好的效果，而對紅 外圖像效果不佳，特別是噪聲放大的問題，基于分層處理框架的算法在該類方法中能取得 比較好的效果，其主要思想是將圖像分成細節(jié)層和基本層，然后分別加以處理，該方法效果 較為理想但是運算量大且易產生梯度翻轉現(xiàn)象。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種具有較好的對比度和適時性的基于 實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案：這種基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算 法，首先采用線性映射將原始14位映射到10位，并利用快速雙邊濾波用于圖像平滑、噪聲 抑制、細節(jié)提取，然后在10位數(shù)據(jù)上分兩步處理，第一步采用線性對比度增強將10位紅外 圖像映射到8位圖像Imgl ;第二步采用改進的平臺直方圖均衡將10位圖像映射到8位 Img2 ;再根據(jù)輸入圖像的灰度級范圍動態(tài)確定映射圖像Imgl和Img2的權值；最后以確定 的權值將Imgl，Img2合并，得到最終細節(jié)增強的圖像。
[0008] 作為優(yōu)選，所述快速雙邊濾波處理采用以下方式：

【權利要求】
1. 一種基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法，包括以下步驟： 1) 采用線性映射將原始14位映射到10位，并利用快速雙邊濾波處理，得到圖像Img ; 2) 采用改進線性對比度增強將10位紅外圖像Img映射到8位，得到圖像Imgl ; 3) 采用改進平臺直方圖均衡將10位紅外圖像Img映射到8位，得到圖像Img2 ; 4) 根據(jù)輸入圖像的灰度級范圍動態(tài)確定映射圖像Imgl和Img2的權值，最后以確定的 權值將Imgl和Img2合并。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法，其特征是：所述快速 雙邊濾波處理采用以下方式：
其中，k(i，j)為歸一化系數(shù)，gs為空間域標準高斯核函數(shù)，&為強度域標準高斯核函 數(shù)，Iin為輸入圖像，
其中gs第一次高斯運算，根據(jù)模板計算空間權重，可用類似整數(shù)近似，S s取[5, 24]之 間的整數(shù)； &第二次高斯運算，根據(jù)領域相似度來計算權重，此處可采用查找表來實現(xiàn)，查找表范 圍為[0，Max-Min]，61取[15,25]間整數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法，其特征是：所述查找 表采用以下方式實現(xiàn)：設當前最大值為1023,查找表長度為1024，
先放大10000倍，保留數(shù)據(jù)間的差異，運算時再除以10000,索引為當前像素與領域像 素差的絕對值。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法，其特征是：所述改進 的線性對比度增強采用以下方式：在對輸入圖像進行直方圖統(tǒng)計后，分別從最低和最高灰 度級開始，拋棄若干個像素個數(shù)，然后得到灰度映射范圍為[Hist_min，Histjnax]，再將這 個灰度映射到適合人眼觀察的[20, 240]中。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于實時均衡紅外圖像細節(jié)增強算法，其特征是：所述改進 的平臺直方圖均衡采用以下方式：
式中R是輸出圖像的灰度范圍，可根據(jù)圖像動態(tài)調整。
為輸入圖像灰度級范圍，R的最大值為255。
【文檔編號】G06T5/40GK104392423SQ201410704423
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】黃紅友 申請人:浙江紅相科技股份有限公司