1-紅外圖像增強(qiáng)研究背景和意義

1.1研究背景

紅外圖像是紅外技術(shù)與成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。人類感知只限于電磁波譜的可見(jiàn)光波段，對(duì)于全部電磁波譜上其它不可見(jiàn)光，如γ射線、X射線、紫外線、紅外線、微波等，人類的視覺(jué)則無(wú)法感知。然而科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得成像技術(shù)與設(shè)備可以覆蓋幾乎全部電磁波譜，從γ射線到無(wú)線電波，將人類不可見(jiàn)的射線轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的圖像，這些圖像涉及我們?nèi)祟惿畹脑S多領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。

比如，紅外成像技術(shù)可以用于測(cè)溫、監(jiān)控著火、軍事、檢測(cè)建筑材料、醫(yī)學(xué)、電力行業(yè)等。

1.2研究意義

但由于紅外圖像的成像機(jī)理以及紅外成像系統(tǒng)自身的原因，紅外圖像與可見(jiàn)光圖像相比，大多有圖像對(duì)比度低、圖像較模糊、信噪比低等特點(diǎn)。這對(duì)后續(xù)的特征提取、識(shí)別或跟蹤等極為不利，因此抑制噪聲，提高圖像信噪比，以及調(diào)整紅外圖像對(duì)比度，增強(qiáng)紅外圖像邊沿及線條等操作是必不可少的。所以，需要對(duì)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，因此紅外圖像增強(qiáng)是非常有必要的。

圖像增強(qiáng)技術(shù)的主要目的是處理一幅給定的圖像使它的結(jié)果對(duì)某種特定應(yīng)用來(lái)說(shuō)比原始。圖像更合用。通過(guò)增強(qiáng)，可以改善紅外圖像的質(zhì)量，為后續(xù)對(duì)紅外圖像的操作提供準(zhǔn)備。

1.3紅外圖像的缺點(diǎn)

• (1)紅外熱圖像表征景物的溫度分布，是灰度圖像，沒(méi)有彩色或陰影，分辨率低、分辨潛力差；
• (2) 紅外圖像空間相關(guān)性強(qiáng)、對(duì)比度低、視覺(jué)效果模糊；
• (3) 紅外圖像的清晰度低于可見(jiàn)光圖像；
• (4)外界環(huán)境的隨機(jī)干擾和熱成像系統(tǒng)的不完善，給紅外圖像帶來(lái)多種多樣的噪聲，導(dǎo)致紅外圖像的信噪比非常低；
• (5)外界干擾造成紅外圖像的非均勻性，體現(xiàn)為圖像的固定圖案噪聲、串?dāng)_、 畸變等。

1.4紅外成像技術(shù)的特點(diǎn)

• （1）紅外輻射能夠穿過(guò)霧、煙塵而且系統(tǒng)工作波段寬，系統(tǒng)作用距離遠(yuǎn);
• （2）采取被動(dòng)工作方式，不易被發(fā)現(xiàn)或受干擾;
• （3）可在晝夜或惡劣氣候下工作，接近全天候;
• （4）適合高精度跟蹤瞄準(zhǔn);

（5）不易受射擊、爆炸和照明閃光等強(qiáng)光影響。

上述這些特點(diǎn)使紅外熱成像系統(tǒng)特別適合軍事應(yīng)用，因此，各國(guó)都以巨額投資競(jìng)相開(kāi)展這一領(lǐng)域的研究工作。

2-紅外圖像增強(qiáng)經(jīng)典算法

2.1圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)是指根據(jù)特定的需要突出圖像中的重要信息，同時(shí)減弱或去除不需要的信息。從不同的途徑獲取的圖像，通過(guò)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)處理，可以將原本模糊不清甚至根本無(wú)法分辨的原始圖像處理成清晰的富含大量有用信息的可使用圖像，有效地去除圖像中的噪聲、增強(qiáng)圖像中的邊緣或其他感興趣的區(qū)域，從而更加容易對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。

有效地去除圖像中的噪聲、增強(qiáng)圖像中的邊緣或其他感興趣的區(qū)域，從而更加容易對(duì)圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。

2.2灰度變換

基于點(diǎn)運(yùn)算的灰度級(jí)矯正可以表示為：

g(x , y) = T[f(x , y)]

其中f表示灰度，T表示灰度變化函數(shù)。

根據(jù)T的不同，我們可以把灰度變換分為逆反處理、閾值變換、灰度拉伸、灰度切分、灰度級(jí)修正、動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整等等。

總的來(lái)說(shuō)分為線性變換和非線性變換。

2.2.1線性變換

G(