一种实时红外图像“锅盖效应”抑制方法与流程

本发明属于红外成像技术非均匀性领域，具体涉及一种实时红外图像“锅盖效应”抑制方法。

背景技术：

随着凝视型红外焦平面技术的发展，红外热像仪被越来越多地应用到军事、医疗、安防、农业、工业等领域。同时，人们对红外热像仪功能、性能需求的提升也促使红外热像仪不仅探测器阵列分辨率越来越高，而且系统结构越来越复杂。红外热像仪系统响应非均匀性校正一直是红外热像仪研究的热点问题之一，伴随着热像仪功能、性能的提升，红外系统响应非均匀性问题越来越突出，难以解决。红外系统响应非均匀性产生的三大来源是光学系统、探测器、后处理电路。对于整个热像仪系统，经过一次基于参考辐射源的校正通常可以很好地补偿光学系统、探测器和后处理电路共同引入的系统响应非均匀性缺陷。但随着热像仪视场切换、调焦以及环境温度、冲击振动等因素的影响，光学系统引入的非均匀性会呈现明显变化，导致热像仪输出图像经常会出现画面中心黑、边缘及四角亮的现象——锅盖效应。锅盖效应其实就是热像仪光学系统引入非均匀性未得到有效补偿所导致的结果，是一种特殊的光学系统引入噪声，本发明是针对锅盖效应现象进行实时的有效抑制，提升红外系统的识别目标能力。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种实时红外图像“锅盖效应”抑制方法，能够实时对红外热像仪的锅盖实时抑制，最终提升图像均匀性，提升目标识别能力，适用于非制冷红外探测器的枪类瞄具、炮类瞄具的产品上。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：该实时红外图像“锅盖效应”抑制方法，其特征在于按下述步骤操作：

第一步：将红外热像仪开机等到图像稳定，时间大约5分钟，并完成一次图像非均匀校正；

第二步：完成第一步后，等待大约15分钟后，待出现锅盖现象，对均匀热辐射场景采集锅盖效应图像；

第三步：通过直方图统计，通过直方图分布，得出亮度比较暗的图像像素中离图像中心最近的点(x0，y0)作为锅盖效应的图像中心；

第四步：根据图像的分辨率和公式

计算出dmax值，dmax是所有像素点中离(x0,y0)最远的点；

第五步：根据数学模型g(x,y)＝a×r²+b×r⁴，其中r是与图像位置相关的数学模型，对a、b取步长为0.1，范围为[-2,2]，迭代求解g(x，y),由ilight＝iin×g(x,y)进而算出ilight值，其中iin是图像实时采集的原始图像数据，ilight就是需要求的加性噪声，iout为原始图像；

利用与d(iout)＝∑|iout-i理想|求解d(iin)值，d(iout)为理想输出图像与实际图像输出的方差，比较每组a与b所得d(iin)值，记录d(iin)值最小的a与b组合；

第六步：利用第三步中求得的图像锅盖中心(x0，y0)，第四步计算得到的dmax，第五步得到的d(iin)最小时的a与b组合，实时计算不同场景图像的ilight，利用iout＝iin-ilight实时抑制图像锅盖现象。

采用上述技术方案的有益效果：未经过校正的热像仪输出图像的锅盖效应表现为中心出现不同程度暗，周围亮的现象，从edwinland提出retinex理论得出：原始图像是入射图像和反射率图像的乘积，如式：iout＝s·r(s表示入射光图像，r表示反射光图像)，而场景信息与物体表面的反射性质精密相关。因此，通过消除入射光图像的影响并求出反射率图像可以达到图像增强的目的。入射光图像包含乘性噪声和加性噪声，通过分析锅盖效应发现，随着场景信息自身亮度分布的变化，锅盖的位置与变化规律不变或者缓慢变化，因此锅盖效应属于入射光图像中的加性噪声。进而得出如下公式:

iout＝iin-ilight

其中iin是图像实时采集的原始图像数据，ilight就是需要求的加性噪声，如何求解ilight是抑制锅盖效应算法的核心。

本发明通过如下数学模型进行建模来求解ilight，数学模型如下：

g(x,y)＝a×r²+b×r⁴

其中r是与图像位置相关的数学模型，结合锅盖效应变化规律，令(x0，y0)为锅盖中心像素点坐标。有以下数学模型：

dmax是所有像素点中离(x0,y0)最远的点，也即：

通过以上分析可得ilight：

ilight＝iin×g(x,y)

现在需要求解a，b两个参数，通过以上分析可得锅盖现象是缓慢变化的固定图形噪声，在需要寻找锅盖效应的固定图形噪声参数之前，需要对固定图形噪声图像进行采集，采集方法如下：

第一步：红外热像仪正常开机，待红外机芯tec稳定后，出现锅盖现象时；

第二步：将红外热像仪对热辐射均匀的场景；

第三步：采集对热辐射均匀场景的iin图像数据。

由于锅盖效应是缓慢变化的，而且变化规律的图像噪声是一种图形噪声，通过分析热辐射均匀场景的iin数据获得锅盖中心(x0，y0)。如果合适的a、b能够对热辐射均匀场景进行抑制，就能够对不同的其他场景的红外图像进行锅盖抑制。

在实际理想状态下，如果场景热辐射是均匀，那么最理想的图像输出为e(iin),也即一帧图像的均值为所有像元理想输出。令d(iout)为理想输出图像与实际图像输出的方差，用d(iout)作为图像均匀性评判，结合图像平台处理能力和图像实时性要求，用近似模型来代替方差计算，近似模型公式为：

d(iout)＝∑|iout-i理想|

如果图像均匀性越好，d(iin)越小。

通过对g(x，y)数学模型分析，a，b取值范围为：[-2,2]，由于a，b在步长为0.1下，对g(x,y)结果影响比较小，进而利用采集的均匀热辐射场景图像iin，a，b取步长为0.1，理想输出图像i理想为e(iin)，获得a、b值使得d(iin)最小。

通过抑制均匀热辐射场景图像锅盖效应的a、b最优解作为后续实时不同场景图像输出的a与b值，同时锅盖中心(x0，y0)不会因图像场景变化而变化，进而直接用均匀热辐射场景图像分析获得的(x0,y0)作为后续实时不同场景图像锅盖效应的中心。

通过以上模型分析能够实时对红外热像仪的锅盖实时抑制，最终可以有效提升图像均匀性，有利于红外图像目标识别能力，适用于非制冷红外探测器的枪类瞄具、炮类瞄具的产品上。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。

图1：红外热像仪开机稳定后出现的锅盖现象；

图2：未启动锅盖抑制前的图像效果图；

图3：启动锅盖抑制后的图像效果图。

具体实施方式

第一步：将红外热像仪开机等到图像稳定，时间大约5分钟，并完成一次图像非均匀校正；

第二步：完成第一步后，等待大约15分钟后，待出现锅盖现象，如图1所示，对均匀热辐射场景采集锅盖效应图像；

第三步：通过直方图统计，通过直方图分布，得出亮度比较暗的图像像素中离图像中心最近的点(x0，y0)作为锅盖效应的图像中心；

第四步：根据图像的分辨率，计算出dmax值；

第五步：对a、b取步长为0.1，范围为[-2,2]，迭代求解g(x，y),进而算出ilight值，利用iout＝iin-ilight与d(iout)＝∑|iout-i理想|求解d(iin)值，比较每组a与b所得d(iin)值，记录d(iin)值最小的a与b组合。

第六步：利用第三步中求得的图像锅盖中心(x0，y0)，第四步计算得到的dmax，第五步得到的d(iin)最小时的a与b组合，实时计算不同场景图像的ilight，利用iout＝iin-ilight实时抑制图像锅盖现象。

图2为未启动锅盖抑制前的图像效果图，图3为启动锅盖抑制后的图像效果图。能够实时对红外热像仪的锅盖实时抑制，画面中心、边缘及四角亮度均匀，有利于红外图像目标识别能力。