一种红外焦平面探测器图像增强的方法与流程

本发明涉及红外成像技术领域，更具体地，涉及一种红外焦平面探测器图像增强的方法。

背景技术：

随着红外成像技术的快速发展，红外成像已经被广泛地应用于军事、医学、商业以及日常生活中。但是，在大多应用环境中，由于红外图像受到成像系统本身的限制以及周围环境的干扰，红外焦平面探测器所拍摄的目标与背景的热辐射能力接近，成像后的灰度动态范围小，导致目标模糊不清，甚至被背景噪声掩盖。因此在实际应用中必须对红外图像进行增强处理。

常用的图像增强方法是直方图均衡法，首先，统计直方图每个灰度值出现的概率，其次，累积归一化的直方图，最后，计算新的像素值。通过使用累积函数对灰度值进行“调整”以实现对比度的增强，将图像中灰度概率密度较大灰度值扩展到附近的灰度概率密度小的灰度值上，以改变图像中灰度概率分布，使其均匀化。

直方图均衡法能够有效地提高图像对比度和扩大灰度的动态范围。然而，由于该算法在统计概率分布时对处理的数据不加选择，可能会增加背景和噪声的对比度并且降低目标信号的对比度，使得变换后图像的灰度值减少，导致某些细节消失，致使最终显示的图像不清楚。

因此，提供一种红外焦平面探测器图像增强的方法，提高图像对比度，放大目标细节，抑制背景和噪音对成像的影响，从而大大提高红外图像的可观测性，是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种红外焦平面探测器图像增强的方法，提高图像对比度，放大目标细节，抑制背景和噪音对成像的影响，从而大大提高红外图像的可观测性。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种红外焦平面探测器图像增强的方法，包括：

输入红外图像，获取所述红外图像的灰度值数据；

统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中；

输入平台上限阈值和平台下限阈值，对所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值进行修正，获取各灰度值的修正直方图统计值，其中，所述平台上限阈值大于所述平台下限阈值；

将各灰度值的所述修正直方图统计值存储于所述第一存储器中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值；

依次读取所述第一存储器中各灰度值的所述修正直方图统计值，并对读取的所述修正直方图统计值进行累加，获取各灰度值对应的直方图累计值和所有灰度值的直方图统计值总和；

根据各灰度值对应的所述直方图累计值和所述直方图统计值总和的数据，得到灰度映射关系式；

将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，形成灰度映射查询表；

通过所述第二存储器中的灰度映射查询表，对所述红外图像数据依次进行映射转换，获取增强后的图像数据，清空所述第一存储器中的数据。

进一步地，还包括：

通过视频生成设备，输出画面增强后的红外图像，清空所述第二存储器中的数据。

进一步地，统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中；为：

统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中；所述第一存储器，包括：地址位和数据位，所述地址位和所述数据位一一对应，所述地址位代表不同的灰度值，各所述灰度值的所述直方图统计值，依此存储于与所述地址位对应的所述数据位中。

进一步地，对所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值进行修正，为：

当灰度值的所述直方图统计值大于所述平台上限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为，所述平台上限阈值减去所述平台下限阈值；

当灰度值的所述直方图统计值小于所述平台上限阈值且大于所述平台下限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为，该灰度值的所述直方图统计值减去所述平台下限阈值；

当灰度值的所述直方图统计值小于所述平台下限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为0。

进一步地，将各灰度值的所述修正直方图统计值存储于所述第一存储器中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值；为:

将各灰度值的所述修正直方图统计值，存储于所述第一存储器中与各灰度值对应的数据位中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值。

进一步地，根据各灰度值对应的所述直方图累计值和所述直方图统计值总和的数据，得到灰度映射关系式；为:

根据各灰度值对应的所述直方图累计值与所述直方图统计值总和的比值，获取各灰度值的累积概率分布函数；

通过各灰度值的所述累积概率分布函数对图像灰度值重新匹配，得到灰度映射关系式。

进一步地，将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，形成灰度映射查询表；为：

将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，所述第二存储器，包括：地址位和数据位，所述地址位和所述数据位一一对应，所述地址位代表图像的各灰度值，所述均衡化灰度值存储于与所述地址位对应的所述数据位中，形成灰度映射查询表。

与现有技术相比，本发明的红外焦平面探测器图像增强的方法，实现了如下的有益效果：

(1)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，通过外部串口向fpga红外图像增强系统输入平台上限阈值和平台下限阈值，对直方图统计值进行修正，并且可根据实际的成像环境随时调整输入的平台上限阈值和平台下限阈值，从而实现对背景和噪声的适当抑制，对图像目标细节的适度放大，提高红外图像的可观测性。

(2)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，在对直方图统计值进行修正时，清除直方图统计值小于平台下限阈值的所有灰度值数据，从而避免了直方图中对无效统计值的计算，减小了图像数据占用的内存空间，同时提高了红外图像增强的运算速度。

(3)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，调用两个存储器对图像数据进行缓存，第一存储器中通过以灰度值作为地址位对相应的直方图统计值进行记录并修正，第二存储器中通过以灰度值作为地址位对相应的均衡化灰度值进行记录，实现对红外图像的增强化处理，大大降低了硬件编程的复杂度及系统占用的内存空间。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例1所示红外焦平面探测器图像增强的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例2所示红外焦平面探测器图像增强的方法的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

图1为本发明实施例提供的一种红外焦平面探测器图像增强的方法的流程示意图，包括如下步骤：

步骤101、输入红外图像，获取所述红外图像的灰度值数据。

通过a/d采样芯片向fpga(field－programmablegatearray，field－programmablegatearray)红外图像增强系统输入红外图像，并读取红外图像的灰度值数据。

步骤102、统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中。

灰度值对应的数量，是指灰度为x的像素在灰度图像中出现的次数。

步骤103、输入平台上限阈值和平台下限阈值，对所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值进行修正，获取各灰度值的修正直方图统计值，其中，所述平台上限阈值大于所述平台下限阈值。

通过外部串口模块向fpga红外图像增强系统输入平台上限阈值和平台下限阈值，从而实现对第一存储器中各灰度值的直方图统计值的修正。本实施例中，通过外部串口模块可随时修改输入的平台上限阈值和平台下限阈值，以实现根据实际的成像环境随时调整直方图增强的显示效果。

步骤104、将各灰度值的所述修正直方图统计值存储于所述第一存储器中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值。

实现对所述第一存储器中各灰度值的直方图统计值的修正以及对所述第一存储器中数据的更新。

步骤105、依次读取所述第一存储器中各灰度值的所述修正直方图统计值，并对读取的所述修正直方图统计值进行累加，获取各灰度值对应的直方图累计值和所有灰度值的直方图统计值总和。

步骤106、根据各灰度值对应的所述直方图累计值和所述直方图统计值总和的数据，得到灰度映射关系式。

步骤107、将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，形成灰度映射查询表。

步骤108、通过所述第二存储器中的灰度映射查询表，对所述红外图像数据依次进行映射转换，获取增强后的图像数据，清空所述第一存储器中的数据。

当完成一帧图像的增强处理后，自动对所述第一存储器中的数据进行清除，便于下一帧图像的统计。

通过外部串口向fpga红外图像增强系统输入平台上限阈值和平台下限阈值，对直方图统计值进行修正，并且可根据实际的成像环境随时调整输入的平台上限阈值和平台下限阈值，从而实现对背景和噪声的适当抑制，对图像目标细节的适度放大，提高红外图像的可观测性。

调用两个存储器对图像数据进行缓存，实现对红外图像的增强化处理，大大降低了硬件编程的复杂度及系统占用的内存空间。

实施例2

图2为本发明实施例提供的一种红外焦平面探测器图像增强的方法的流程示意图，包括如下步骤：

步骤201、输入红外图像，获取所述红外图像的灰度值数据。

通过a/d采样芯片向fpga(field－programmablegatearray，field－programmablegatearray)红外图像增强系统输入红外图像，并读取红外图像的灰度值数据。

在具体实施例中，通过a/d采样芯片向系统中输入14位宽的红外图像，该红外图像的灰度级是2¹⁴级(16383级)灰度，因此本实施例中需获取16383个灰度值所对应的数据。

步骤202、统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中。

灰度值对应的数量，是指灰度为x的像素在灰度图像中出现的次数。

在一些可选的实施例中，步骤202进一步为:统计所述红外图像中各灰度值对应的数量，形成各灰度值的直方图统计值，将各灰度值的所述直方图统计值存储于第一存储器中；所述第一存储器，包括：地址位和数据位，所述地址位和所述数据位一一对应，所述地址位代表不同的灰度值，各灰度值的所述直方图统计值，依此存储于与所述地址位对应的所述数据位中。

本实施例所示的第一存储器为静态存储器，是目前读写最快的存储设备。该静态存储器包括：地址位和数据位，地址位是二进制数值，可以为任意位宽，每个地址位对应有一个可录入数据的数据位，地址位与本实施例所述的灰度值的表现形式相吻合，因此，本实施例用地址位代表不同的灰度值，通过在与地址位相对应的数据位中录入相应灰度值对应的数量值，实现对图像中各灰度值对应的数量的统计。在一些具体的实施例中，采用表达式h(x)表示灰度值是x的像素的直方图统计值，对于14位宽的红外图像，其灰度值x的范围是0≤x≤16383。

步骤203、输入平台上限阈值和平台下限阈值，对所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值进行修正，获取各灰度值的修正直方图统计值，其中，所述平台上限阈值大于所述平台下限阈值。

通过外部串口模块向fpga红外图像增强系统输入平台上限阈值和平台下限阈值，从而实现对第一存储器中各灰度值的直方图统计值的修正。本实施例中，通过外部串口模块可随时修改输入的平台上限阈值和平台下限阈值，以实现根据实际的成像环境随时调整直方图增强的显示效果。

在一些可选的实施例中，对所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值进行修正，进一步为：

当灰度值的所述直方图统计值大于所述平台上限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为，所述平台上限阈值减去所述平台下限阈值。

当灰度值的所述直方图统计值小于所述平台上限阈值且大于所述平台下限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为，该灰度值的所述直方图统计值减去所述平台下限阈值。

当灰度值的所述直方图统计值小于所述平台下限阈值时，该灰度值的所述修正直方图统计值为0。

在一些具体的实施例中，灰度值的所述修正直方图统计值的表达方程式如下：

其中，x表示图像的灰度值，其中0≤x≤16383；h(x)是灰度值的直方图统计值；ht(x)是灰度值的修正直方图统计值；t1是平台下限阈值、t2是平台上限阈值，其中t2＞t1。

步骤204、将各灰度值的所述修正直方图统计值存储于所述第一存储器中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值。

在一些可选的实施例中，步骤204进一步为：将各灰度值的所述修正直方图统计值，存储于所述第一存储器中与各灰度值对应的数据位中，替换所述第一存储器中各灰度值的所述直方图统计值。

实现对所述第一存储器中各灰度值的直方图统计值的修正以及对所述第一存储器中数据的更新。

步骤205、依次读取所述第一存储器中各灰度值的所述修正直方图统计值，并对读取的所述修正直方图统计值进行累加，获取各灰度值对应的直方图累计值和所有灰度值的直方图统计值总和。

在一些具体的实施例中，当红外图像的位宽是14位时，其对应的灰度级是2¹⁴级(16383级)灰度，因此，本实施例中各灰度值对应的直方图累计值的表达方程式为：

其中，x表示图像的灰度值；ht(i)是灰度值的修正直方图统计值；ft(x)是各灰度值对应的直方图累计值。

当x＝16383时，可求得图像经过修正后的所有灰度值的直方图统计值总和，其表达式为：

其中、ht(i)是灰度值的修正直方图统计值；ft(16383)是所有灰度值的直方图统计值总和。

步骤206、根据各灰度值对应的所述直方图累计值和所述直方图统计值总和的数据，得到灰度映射关系式。

在一些可选的实施例中，步骤206的进一步表现方式为：

根据各灰度值对应的所述直方图累计值与所述直方图统计值总和的比值，获取各灰度值的累积概率分布函数。

具体实施例中，各灰度值的累积概率分布函数的表达式为：

其中，x表示图像的灰度值；c(x)是各灰度值的累积概率分布函数；ft(x)是各灰度值对应的直方图累计值；ft(16383)是所有灰度值的直方图统计值总和。

通过各灰度值的所述累积概率分布函数对图像灰度值重新匹配，得到灰度映射关系式。

本实施例中，是将14位宽红外图像修正为8位宽红外图像，图像位宽发生了改变，因此本实施例中，灰度映射关系式为：

lut(x)＝255*c(x)

其中，c(x)是各灰度值的累积概率分布函数；lut(x)是灰度映射函数。

步骤207、将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，形成灰度映射查询表。

在一些可选的实施例中，步骤207进一步为:

将所述红外图像的灰度值代入所述灰度映射关系式中，生成与所述红外图像的灰度值对应的均衡化灰度值，将所述均衡化灰度值存储于第二存储器中，所述第二存储器，包括：地址位和数据位，所述地址位和所述数据位一一对应，所述地址位代表图像的各灰度值，所述均衡化灰度值存储于与所述地址位对应的所述数据位中，形成灰度映射查询表。

本实施例中的第二存储器为静态存储器，是目前读写最快的存储设备，该静态存储器包括：地址位和数据位，地址位是二进制数值，可以为任意位宽结构，每个地址位对应有一个可录入数据的数据位，地址位与本实施例的图像灰度值的表现形式相吻合，因此，本实施例用地址位代表图像的各灰度值，通过在与地址位相对应的数据位中录入与红外图像灰度值相对应的均衡化灰度值，从而建立灰度映射查找表。

步骤208、通过所述第二存储器中的灰度映射查询表，对所述红外图像数据依次进行映射转换，获取增强后的图像数据，清空所述第一存储器中的数据。

当完成一帧图像的增强处理后，自动对所述第一存储器中的数据进行清除，便于下一帧图像的统计。

当完成如上步骤时，实现对红外图像数据的增强处理，但是通过该系统无法直接呈现图像，在一些可选的实施例中，可通过如下步骤，实现对增强画面的呈现。

步骤209、通过视频生成设备，输出画面增强后的红外图像，清空所述第二存储器中的数据。

将图像增强处理后获取数据，传输至视频生成设备中，将数据重新整合，展现出人眼可直接观测的红外图像，，清空所述第二存储器中的数据，便于下一帧图像的增强处理。

在本实施例中，将14位宽灰度图像转换成8位宽图像，图像变小，而pal视频生成设备适用于小内存图像的显示，因此，在一些具体的实施例中，使用pal视频生成设备，进行本实施例中红外图像增强画面的展现。

通过上述实施例可知，本发明的红外焦平面探测器图像增强的方法，达到了如下的有益效果：

(1)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，通过外部串口向fpga红外图像增强系统输入平台上限阈值和平台下限阈值，对直方图统计值进行修正，并且可根据实际的成像环境随时调整输入的平台上限阈值和平台下限阈值，从而实现对背景和噪声的适当抑制，对图像目标细节的适度放大，提高红外图像的可观测性。

(2)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，在对直方图统计值进行修正时，清除直方图统计值小于平台下限阈值的所有灰度值数据，从而避免了直方图中对无效统计值的计算，减小了图像数据占用的内存空间，同时提高了红外图像增强的运算速度。

(3)本发明所述红外焦平面探测器图像增强的方法，调用两个存储器对图像数据进行缓存，第一存储器中通过以灰度值作为地址位对相应的直方图统计值进行记录并修正，第二存储器中通过以灰度值作为地址位对相应的均衡化灰度值进行记录，实现对红外图像的增强化处理，大大降低了硬件编程的复杂度及系统占用的内存空间。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。