基于实时均衡红外图像细节增强算法
【专利摘要】本发明针对红外图像灰度分布集中、对比度低的特性，提出了一种基于实时均衡红外图像细节增强算法。该算法避免了高动态范围压缩时细节的丢失，克服了传统直方图均衡算法噪声过大及亮度突变的缺点，动态结合了传统的灰度级增强算法。通过在FPGA硬件平台上验证，表明该算法在突出细节的同时，具有较好的对比度和适时性。
【专利说明】基于实时均衡红外图像细节增强算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及红外成像【技术领域】，尤其是一种基于实时均衡红外图像细节增强算 法。
【背景技术】
[0002] 现在高性能红外热像仪能够输出动态范围很大的原始图像数据（12?14bit)，超 出一般显示设备的动态范围（〇?8bit)。当获得大动态范围的原始图像后，必须进行重新 映射，将其动态范围压缩以便于显示。目前常用的处理手段包括对比度增强、自动增益控制 和直方图均衡处理。
[0003] 红外图像对比对增强方法大多针对低动态范围图像数据，且仅仅考虑到实时系统 中的应用。对比度改善与细节增强应该针对原始的高动态范围才更有意义。因为通过A/D 采样得到的原始图像信号中包括了场景中最完整的信息，且存在许多微弱的细节信息。
[0004] 自动增益控制与直方图均衡是红外成像系统中使用最广泛的图像显示技术，自动 增益控制首先剔除场景中的极端值，然后将整体的动态范围线性映射到8位，这种粗暴的 压缩必然会导致大量微小细节的损失。直方图均衡将图像的灰度映射函数采用原始图像的 累积分布函数，通过直方图均衡后图像的像素分布近似满足均匀分布，所以直方图均衡更 加强调出现频率较大的灰度级，经过直方图均衡的图像不可避免地出现过增强，均匀区域 噪声放大漂白效应等问题。
[0005]考虑到自动增益控制与直方图均衡方法的不足，许多更加复杂的方法被提出如 Retinex4,但这些方法主要是针对可见光图像。即对于可见光图像具有良好的效果，而对红 外图像效果不佳，特别是噪声放大的问题，基于分层处理框架的算法在该类方法中能取得 比较好的效果，其主要思想是将图像分成细节层和基本层，然后分别加以处理，该方法效果 较为理想但是运算量大且易产生梯度翻转现象。
【发明内容】
[0006]本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种具有较好的对比度和适时性的基于 实时均衡红外图像细节增强算法。
[0007] 本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于实时均衡红外图像细节增强算 法，首先采用线性映射将原始14位映射到10位，并利用快速双边滤波用于图像平滑、噪声 抑制、细节提取，然后在10位数据上分两步处理，第一步采用线性对比度增强将10位红外 图像映射到8位图像Imgl ;第二步采用改进的平台直方图均衡将10位图像映射到8位 Img2 ;再根据输入图像的灰度级范围动态确定映射图像Imgl和Img2的权值；最后以确定 的权值将Imgl，Img2合并，得到最终细节增强的图像。
[0008] 作为优选，所述快速双边滤波处理采用以下方式：
【权利要求】
1. 一种基于实时均衡红外图像细节增强算法，包括以下步骤： 1) 采用线性映射将原始14位映射到10位，并利用快速双边滤波处理，得到图像Img ; 2) 采用改进线性对比度增强将10位红外图像Img映射到8位，得到图像Imgl ; 3) 采用改进平台直方图均衡将10位红外图像Img映射到8位，得到图像Img2 ; 4) 根据输入图像的灰度级范围动态确定映射图像Imgl和Img2的权值，最后以确定的 权值将Imgl和Img2合并。
2. 根据权利要求1所述的基于实时均衡红外图像细节增强算法，其特征是：所述快速 双边滤波处理采用以下方式：
其中，k(i，j)为归一化系数，gs为空间域标准高斯核函数，&为强度域标准高斯核函 数，Iin为输入图像，
其中gs第一次高斯运算，根据模板计算空间权重，可用类似整数近似，S s取[5, 24]之 间的整数； &第二次高斯运算，根据领域相似度来计算权重，此处可采用查找表来实现，查找表范 围为[0，Max-Min]，61取[15,25]间整数。
3. 根据权利要求2所述的基于实时均衡红外图像细节增强算法，其特征是：所述查找 表采用以下方式实现：设当前最大值为1023,查找表长度为1024，
先放大10000倍，保留数据间的差异，运算时再除以10000,索引为当前像素与领域像 素差的绝对值。
4. 根据权利要求1所述的基于实时均衡红外图像细节增强算法，其特征是：所述改进 的线性对比度增强采用以下方式：在对输入图像进行直方图统计后，分别从最低和最高灰 度级开始，抛弃若干个像素个数，然后得到灰度映射范围为[Hist_min，Histjnax]，再将这 个灰度映射到适合人眼观察的[20, 240]中。
5. 根据权利要求1所述的基于实时均衡红外图像细节增强算法，其特征是：所述改进 的平台直方图均衡采用以下方式：
式中R是输出图像的灰度范围，可根据图像动态调整。
为输入图像灰度级范围，R的最大值为255。
【文档编号】G06T5/40GK104392423SQ201410704423
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】黄红友 申请人:浙江红相科技股份有限公司