专利名称：基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法
技术领域：
本发明涉及计算机视觉技术领域，涉及一种基于平均灰度的距离选通图像有效信 息区的提取方法。
背景技术：
距离选通激光成像技术已成为国内外研究的热点，主要是由于该技术可在夜间无 光照条件环境下工作，工作距离远，并且具有真正的破雾、雨、雪等能力，可在能见度较低的 环境下使用。，在远距离夜视、水下目标探测及三维成像等领域有着广泛的应用前景。通过控制选通脉冲和激光脉冲之间的延时，距离选通成像系统可实现对特定空间 切片的成像。按照切片图像的信息特征，可将图像分为有效信息区和噪声区。其中有效信 息区是激光照射目标后形成的回波信号被采集而产生的，而噪声区则无目标回波信号，主 要是大气湍流噪声以及系统器件噪声等。但是，在回波展宽效应作用下，信息区和噪声区很 难区分。回波展宽效应是距离选通成像技术的固有属性。在该效应的作用下，在空间切片 对应的信息区的头部和尾部分别引入了头信号区和尾信号区，这两部分区域正是信息区和 噪声区的过渡区域。准确区分有效信息区和噪声区对于确定系统成像区间和作用距离具有 重要意义，尤其是在三维成像方面的应用。为解决此问题，可采用图像处理的方法来实现信息区的提取。图像处理技术是采 用计算机对图像进行分析，并根据图像各像素点之间的关系进行图像的分类、分割以达到 所需结果的技术。图像处理技术保证了在较低质量的图像中也可以还原出真实的场景，对 最终的场景显示有着重要意义。目前的图像信息区的提取多采用基于灰度直方图的二值化 方法，并从计算图像的熵、和最大类间方差等入手获取最终的分割阈值。这类算法仅考虑了 图像和背景明显的差异，而对图像边缘与背景相差较小的部分无法给出精确的提取结果。 此类图像分割结果则多用于图像边缘梯度变化较大的部分，而距离选通激光夜视图像很难 用此类方法得到精确的有效信息区提取。
发明内容
(一)要解决的技术问题针对回波展宽效应图像特点造成的现有技术无法准确提取有效信息区的问题，本 发明提出了一种基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，以达到回波展宽效 应和系统噪声的影响下准确提取有效信息区的目的。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下一种基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，该方法包括利用先验知识计算初始阈值，利用该初始阈值对原始图像进行有效信息区的提 取，根据取得的信息区边缘部分计算出此信息区边缘的平均灰度值；根据初始阈值的分割 结果，取得图像背景的最大八连通区域，该最大八连通区域的平均灰度值和背景区平均灰度值是相近的，利用该最大八连通区域的平均值作为背景区平均灰度值；比较有效信息区 边缘带状区域平均值与背景区平均灰度值，以二者的差值衡量最终分割结果是否最优地对 信息和噪声进行分割；如果二者的差值在可接受范围内，则最终分割结果最优地对信息和 噪声进行分割，并结束；如果二者的差值不在可接受范围内，则最终分割结果没有最优地对 信息和噪声进行分割，对初始阈值进行阈值调整操作，作为新的初始阈值进行迭代操作，直 至二者的差值在可接受范围内。上述方案中，所述利用先验知识计算初始阈值，是利用灰度直方图，从最低灰度级 开始统计各个灰度级上的像素个数，当最低的灰度级上像素数达到图像总像素数的一定比 例时，将此灰度级定为算法的初始阈值。所述一定比例为先验知识，根据系统特点和地区环 境特点确定，能分割出大部分的信息场景；所述初始阈值不应过大，否则将之直接赋值，以 防止图像中信息较多造成的算法误差；根据夜间激光成的图像特点，所述初始阈值应在10 以下。上述方案中，所述利用初始阈值对原始图像进行有效信息区的提取，是利用初始 阈值进行有效信息区的提取时利用二值化、形态学操作进行有效信息区的提取，具体包括 利用此初始阈值进行图像二值化，并对图像中的信息区进行膨胀操作；此过程中噪声区的 噪声同样得到了加强，通过对八连通区域的面积的判断，将处理后像素个数较少的区域认 定为噪声，并归入噪声区。上述方案中，所述确定背景区平均灰度值方法，是对最大连通背景区域的提取采 用形态学的方法，具体包括把取出有效信息区的图像作为噪声区，对噪声区进行腐蚀操 作，以去除可能存在的有效信息区边缘的影响，腐蚀操作后得到若干八连通区域；通过统计 各八连通区域包含像素的数目，取其中最大的八连通区域，即为所需的最大八连通区域；计 算此八连通区域的平均灰度值作为噪声区的平均灰度值，计算各区域的平均灰度值为计算 该区域中所有像素点的灰度值的平均值，其计算公式如下
权利要求
1.一种基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特征在于，该方法包括利用先验知识计算初始阈值，利用该初始阈值对原始图像进行有效信息区的提取，根 据取得的信息区边缘部分计算出此边缘部分的平均灰度值；根据初始阈值的分割结果，取 得图像背景的最大八连通区域，该最大八连通区域的平均灰度值和背景区平均灰度值是相 近的，利用该最大八连通区域的平均值作为背景区平均灰度值；比较有效信息区边缘带状 区域平均值与背景区平均灰度值，以二者的差值衡量最终分割结果是否最优地对信息和噪 声进行分割；如果二者的差值在可接受范围内，则最终分割结果最优地对信息和噪声进行 分割，并结束；如果二者的差值不在可接受范围内，则最终分割结果没有最优地对信息和噪 声进行分割，对初始阈值进行阈值调整操作，作为新的初始阈值进行迭代操作，直至二者的 差值在可接受范围内。
2.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述利用先验知识计算初始阈值，是利用灰度直方图，从最低灰度级开始统计各个 灰度级上的像素个数，当最低的灰度级上像素数达到图像总像素数的一定比例时，将此灰 度级定为算法的初始阈值。
3.根据权利要求2所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述一定比例为先验知识，根据系统特点和地区环境特点确定，能分割出大部分的 信息场景；所述初始阈值不应过大，否则将之直接赋值，以防止图像中信息较多造成的算法 误差；根据夜间激光成的图像特点，所述初始阈值应在10以下。
4.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述利用初始阈值对原始图像进行有效信息区的提取，是利用初始阈值进行有效 信息区的提取时利用二值化、形态学操作进行有效信息区的提取，具体包括利用此初始阈值进行图像二值化，并对图像中的信息区进行膨胀操作；此过程中噪声 区的噪声同样得到了加强，通过对八连通区域的面积的判断，将处理后像素个数较少的区 域认定为噪声，并归入噪声区。
5.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述确定背景区平均灰度值方法，是对最大连通背景区域的提取采用形态学的方 法，具体包括把取出有效信息区的图像作为噪声区，对噪声区进行腐蚀操作，以去除可能存在的有 效信息区边缘的影响，腐蚀操作后得到若干八连通区域；通过统计各八连通区域包含像素 的数目，取其中最大的八连通区域，即为所需的最大八连通区域；计算此八连通区域的平均 灰度值作为噪声区的平均灰度值，计算各区域的平均灰度值为计算该区域中所有像素点的 灰度值的平均值，其计算公式如下1 “Avalue = —V fiη i=i上述公式中，Avalue为平均灰度值，i代表该区域中的第i个像素，η代表该区域中的 像素数为n，fi则为此区域中第i个像素点的灰度值。
6.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特征在于，所述有效信息区边缘带状区域为所得有效信息区的最外侧的宽度为两个像素的带 状轮廓区域；对所得有效信息区做膨胀操作，使用膨胀结果减去膨胀前的图像，即可得到有 效信息区的边缘外部。
7.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述有效信息区边缘带状区域平均值与背景区平均灰度值的差值，为有效信息区 边缘带状区域平均值减去背景区平均灰度值，有效信息区的整体亮度高于背景区域，而受 到回波展宽效应影响有效信息区边缘带状区域平均值接近背景区平均灰度值，故准确的有 效信息区提取后，二者的差值应处在一个正的较小的范围内。
8.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述二者的差值在可接受范围内，是指有效信息区边缘带状区域平均值大于背景 区平均灰度值，而回波展宽效应使有效信息区边缘灰度接近背景，故二者的差值应小于一 个阈值。
9.根据权利要求1所述的基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，其特 征在于，所述对初始阈值进行阈值调整操作中，阈值调整操作分为两个基本调整方向阈值 增大或者阈值减小，具体方法为将有效信息区边缘带状区域平均值与背景区平均灰度值相比较，如果有效信息区边缘 带状区域平均值与背景区平均灰度值的差值高于所设阈值，则将此阈值减去1，以此作为新 的阈值，进行迭代操作；如果有效信息区边缘带状区域平均值与背景区平均灰度值相差较 小，则信息区提取可能过大，对原阈值加1作为新的阈值，进行迭代运算；当有效信息区边 缘带状区域平均值与背景区平均灰度值的差值符合要求时，则所得结果即为最终结果。
全文摘要
本发明公开了一种基于平均灰度的距离选通图像有效信息区的提取方法，包括利用先验知识计算初始阈值，利用该初始阈值对原始图像进行有效信息区的提取，根据取得的信息区边缘部分计算出此边缘部分的平均灰度值；根据初始阈值的分割结果，取得图像背景的最大八连通区域，该最大八连通区域的平均灰度值和背景区平均灰度值是相近的，利用该最大八连通区域的平均值作为背景区平均灰度值；比较有效信息区边缘带状区域平均值与背景区平均灰度值，以二者的差值衡量最终分割结果是否最优地对信息和噪声进行分割；如果二者的差值不在可接受范围内，则对初始阈值进行阈值调整操作，作为新的初始阈值进行迭代操作，直至二者的差值在可接受范围内。
文档编号G06K9/46GK102136068SQ20111007966
公开日2011年7月27日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者刘育梁, 周燕, 王国华, 王新伟 申请人:中国科学院半导体研究所