一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法，它包括以下步骤：统计和存储一帧图像的直方图；建立整个灰度区域内每一级灰度的增强映射表；建立一个有效灰度级统计计数器，遍历整个灰度空间，判断相邻灰度与经过映射后的灰度是否相等并统计；产生原始灰度与计数器的对应表；所有灰度级遍历完后计数器的个数加1则为去冗余后的灰度级数；计算步长；计算原始灰度对应的新的灰度的表；用原始图像查表获得直方图去冗余的灰度等间距排列后的灰度映射。本发明提供一种通过全硬件逻辑实现红外直方图去冗余和灰度等间距增强的处理方法，不局限于特定帧图像，并能够根据场景需要，间歇性启动增强算法处理引擎，优化功耗。
【专利说明】一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外热像【技术领域】中的图像增强方法，尤其涉及一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法。
【背景技术】
[0002]红外热图像灰度分布集中，导致对比度差，视觉效果不明显，所以在红外图像处理中最重要的一个部分是对红外图像的增强处理，同时，由于红外图像易受到周围环境的影响以及探测器和处理系统本身的噪声，在图像增强处理过程中如果对噪声不做抑制，在图像增强后将被过度放大，降低图像的质量；目前比较好的方法是采用去冗余的方法，即通过算法处理将冗余的灰度剔除掉，保留有用的信息，并在处理最后充分利用灰度空间对灰度进行等间距排列，突出细节。
[0003]目前现有技术的红外图像直方图去冗余及灰度等间距排列的方法是采用FPGA逻辑和DSP软件共同完成，首先在FPGA中完成本帧图像信号的直方图统计，并将这些信息送至IJ DSP进行相应处理，对输入的直方图统计根据设定的阈值计算新的灰度级，然后将255级灰度按照新的灰度级进行等间距排列，对排列好的灰度级进行灰度直方图的映射，形成该帧图像的查询表。然后将该帧输入图像信息在查询表中进行动态范围扩展，完成变换。
[0004]现有技术针对一帧图像进行变换，生成的查询表只能对当前帧图像灰度进行变换，这就要求在增强算法计算过程中，对该帧图像必须进行缓冲；每一帧图像都必须进行一次增强算法计算，增强算法的运算速度必须足够快才不至于影响下一帧图像的处理。
[0005]现有技术采用DSP软件进行计算，对DSP的处理能力要求很高。随着技术的发展，红外探测器的分辨率越来越大，其系统处理能力将成为该方法处理的瓶颈。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过全硬件逻辑实现红外直方图去冗余和灰度等间距增强的处理方法，并且因为红外图像帧与帧之间的直方图差别很小，本发明不局限于特定帧图像，只利用某一帧的直方图信息，通过算法处理计算出全灰度空间的变换映射关系，后续帧利用该查找表就可以实现图像增强，能够根据场景需要，间歇性启动增强算法处理引擎，优化功耗。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法，它包括以下步骤:
S1:统计和存储一帧图像的直方图；
52:建立整个灰度区域内每一级灰度的增强映射表，可使用线性分段拉伸、直方图均衡或二元曲线变换方法；
53:建立一个有效灰度级统计计数器，遍历整个灰度空间，并判断相邻灰度经过步骤S2中映射后的灰度是否相等，如果相等则相邻灰度图像的直方图累加，如果不相等则判断该灰度级是否小于直方图阈值； 54:如果小于阈值则有效灰度级统计计数器不变；
55:如果大于阈值则有效灰度级统计计数器加1，累计直方图清O，并产生原始灰度与计数器的对应表；
56:所有灰度级遍历完后计数器的个数加I则为去冗余后的灰度级数；
57:用总的灰度级除以步骤S6中实际统计出来的灰度级数，得到步长，保留一定精度； S8:用原始灰度与计数器的对应表乘以步长，并取整，得到原始灰度对应的新的灰度的表;
S9:用原始图像查表获得直方图去冗余的灰度等间距排列后的灰度映射，高频率图形相邻帧区别很小，实现上帧实时统计下帧实时映射本发明的有益效果是:
1.算法处理采用全硬件逻辑实现，运算时序采用计数器顺序执行，通过比较，加减以及乘除等基本运算处理；
2.不需要帧缓冲，有效节约存储资源，存储资源开销只需要一个大小可以存储灰度直方图统计的存储器；
3.实时处理，运算速度快，通过间歇性启动算法处理，有效节约功耗；
4.通用性好，对大分辨率的探测器支持只改变直方图统计存储器的位宽，逻辑架构完全一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0010]本发明采用纯硬件逻辑实现，以一个320x240分辨率，12位灰度红外图像为例。
[0011]创建一个硬件存储区，位宽是17位，深度是212-1=4095，用于保存了一帧图像的直方图统计数据，标记为存储器A，如图1所示，图像增强方法包括以下步骤:
1.统计一帧图像的直方图，这里使用各个灰度数据的个数，保存到存储器A。
[0012]2.产生一个计数器A，计数器A从O开始计数，最大值为最大灰度值，本实例中为4095，即计数器A范围是0?4095。
[0013]3.对每一个灰度点，即O?4095，做图像增强映射处理，本实例中采用传统的线性拉伸方法，如下方法计算:
如果O < X〈 L
Y= O
如果L彡X彡H
Y= 255x/(H-L)
如果 H〈 X < 4095
Y= 255
L和H分别为灰度集中分布的高低阈值。X范围为(Γ4095，即计数器A的值，本实例中映射到256空间。
[0014]4.以计数器A的数值为地址，从存储器A中读取出对应灰度的图像直方图，即该灰度对应的图像的像素个数，同时产生另外一个计数器B，从O开始，比较相邻灰度映射后的值是否相等:
如果相等，则计数器B不变，相邻像素的直方图累加，
如果不相等，则判断当前累加的直方图是否大于配置阈值，
如果大于阈值，则判定为灰度级边界，计数器B加1，累计直方图清0，
如果小于阈值，则计数器不变，直方图继续累加。
[0015]5.在比较直方图的同时，读取一个原始灰度级的直方图，则将计数器B的值写回到存储器A，覆盖该原始灰度的直方图数据。
[0016]6.(Γ4095原始灰度空间全部遍历完成后，当前计数器B的数据加I即为去冗余后的最大灰度级gray_num_max,存储器A中的直方图数据也全部换成原始灰度到有效灰度级gray_num_active对应的映射,存储器A的地址对应原始灰度,其对应单元的数据为原始灰度对应的有效灰度级。
[0017]7.用最终需要映射的空间除以最大灰度级，本实例中最终映射到256级空间，SP256/gray_num_max,得到均勻灰度分布的灰度步长gray_step。
[0018]8.依次从存储器A读出有效灰度级gray_num_active,然后乘以灰度步长gray_step,得到原始灰度到有效灰度gray_active的映射表；每读取一个gray_num_active,回写一个gray_active ;当遍历整个存储器A的地址后,存储器A中的数据即为原始灰度到直方图去冗余且等间距分布后的有效灰度:
Gray_active = gray—num—active x gray_step。
[0019]9.新的图像帧采样时候，从存储器A中查表即完成了红外图像灰度去冗余等间距映射。
【权利要求】
1.一种红外图像直方图去冗余的灰度等间距映射的增强方法，其特征在于:它包括以下步骤: S1:统计和存储一帧图像的直方图； S2:建立整个灰度区域内每一级灰度的增强映射表，可使用线性分段拉伸、直方图均衡或二元曲线变换方法； 53:建立一个有效灰度级统计计数器，遍历整个灰度空间，并判断相邻灰度经过步骤S2中映射后的灰度是否相等，如果相等则相邻灰度图像的直方图累加，如果不相等则判断该灰度级是否小于直方图阈值； 54:如果小于阈值则有效灰度级统计计数器不变； 55:如果大于阈值则有效灰度级统计计数器加1，累计直方图清O，并产生原始灰度与计数器的对应表； 56:所有灰度级遍历完后计数器的个数加I则为去冗余后的灰度级数； 57:用总的灰度级除以步骤S6中实际统计出来的灰度级数，得到步长，保留一定精度； S8:用原始灰度与计数器的对应表乘以步长，并取整，得到原始灰度对应的新的灰度的表; S9:用原始图像查表获得直方图去冗余的灰度等间距排列后的灰度映射，高频率图形相邻帧区别很小，实现上帧实时统计下帧实时映射。
【文档编号】G06T5/40GK104268840SQ201410518103
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】曾衡东 申请人:成都市晶林科技有限公司