CN103065281A - 一种短波红外图像增强方法和基于fpga的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短波红外图像增强方法和基于FPGA的装置，增强方法中采用线性变换的方法极大的拉伸了红外图像的灰度范围，有效的提高了短波红外图像的对比度。同时上下限阈值的自动判定使得本方法具有了良好的适应性，每帧图像根据场景灰度分布的不同自动计算处阈值的不同，从而实现了对各种场景短波红外图像的实时图像增强。
Description
技术领域
本发明属于图像处理领域，涉及对短波红外探测器的图像增强方法。
背景技术
短波红外焦平面探测器异军突起已成为红外焦平面成像技术领域的热点之一。短波红外辐射是指波长为0.76～3.0 ??m的红外辐射，广泛存在于自然界中。其主要来源有自然环境反射、高温物体主动辐射、人造短波红外光源等。随着短波非制冷红外探测器的不断发展，短波红外成像技术现已广泛应用于各种领域。军事上用于可视-短波红外夜视、短波红外主动照明光源探测、伪装识别、激光制导和激光雷达等；在空间探测领域已成功用于深空探测；在遥感方面用于探测地球矿产资源，监测土壤、植被含水量及大气成份变化，农作物估产及防灾减灾等；在商用方面可用作各种短波红外光谱仪、短波红外探伤、短波红外测定含量、半导体器件制造业中的芯片在线自动检测等，并已经开始越来越多的应用于生物医学等其他多个领域。短波红外图像增强算法是短波红外成像装置中必须具备的功能，直接影响到成像质量和实时性，必须得到足够的重视。
发明内容
本发明的目的在于提出一种实时性强、可靠性高、增强效果显著的基于FPGA的短波红外图像增强装置和方法。
本发明的方案包括：
一种短波红外图像增强方法，步骤如下：
1）短波红外探测器输出信号经过模数转换后进行直方图统计，
2）将直方图统计后的结果进行分段线性灰度变换，分段线性灰度变换的阈值采用自适应算法获得。
直方图统计按照短波红外探测器输出时序在探测器输出信号有效的时间内完成短波红外图像的直方图统计。
一种基于FPGA的短波红外图像增强装置，包括由FPGA实现的直方图统计装置、阈值判定装置、清零装置、阈值存储器、线性变换计算装置和灰度映射表；直方图统计装置用于接收红外探测器的输出信号，阈值判定装置根据设定的线性变化上限和下限值以及直方图统计结果，自适应确定线性变换的上下限阈值，并将两个阈值存入阈值存储器装置；清零装置将直方图统计装置内部存储的一帧信号清零，等待下一帧信号的继续统计；线性变换计算装置读取阈值存储器装置存储的上下限阈值，并以此阈值完成线性变换计算，实现红外图像的灰度映射，将灰度映射结果存储在灰度映射表。
所述直方图统计装置由双口RAM存储器、加法器、控制模块组成；短波红外探测器输出信号经过模数转换后作为地址信号输入到双口RAM存储器第一口；加法器装置以双口RAM存储器第一口的输出段为输入信号，将其值增加1后输出给双口RAM存储器第一口的数据端；控制模块输出双口RAM存储器第一口的写使能信号。
所述直方图统计装置中的双口RAM存储器和加法器工作频率为短波红外探测器输出数据频率的2倍。
所述清零装置以直方图统计控制模块和阈值判定装置的完成信号为使能信号。
所述清零装置和阈值判定装置对直方图统计装置中双口RAM存储器的读写操作均通过双口RAM的第二口完成。
所述清零装置和阈值判定装置对直方图统计装置中双口RAM存储器的读写操作时地址信号和使能信号通过选通开关连接双口RAM第二口的地址和使能端，选通开关由阈值判定完成信号控制。
本发明具有的优点和有益效果：本发明的短波红外图像增强方法具有实时性强、可靠性高和图像增强效果显著的特点。增强方法中采用线性变换的方法极大的拉伸了红外图像的灰度范围，有效的提高了短波红外图像的对比度。同时上下限阈值的自动判定使得本方法具有了良好的适应性，每帧图像根据场景灰度分布的不同自动计算处阈值的不同，从而实现了对各种场景短波红外图像的实时图像增强。
附图说明
图1是基于FPGA的短波红外图像增强方法示意图；
图2是直方图统计装置、清零装置、阈值判定装置连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
关于本文中一些简称或术语解释：
直方图统计即直方图均衡，线性变换即线性灰度变换，本文中是指分段线性灰度变换。线性变换的上下限阈值是指分段线性灰度变换中与背景段、过渡段、目标段对应的灰度临界值。自适应算法能够根据线性变换所设定的上限值与下限值以及直方图统计结果自适应地计算出两阈值，自适应算法有很多，在此不再赘述。
本发明的方法如图1所示，首先，短波红外探测器输出信号经过模数转换后进行直方图统计，然后将直方图统计后的结果进行分段线性灰度变换，分段线性灰度变换的阈值采用自适应算法获得。
基于FPGA的短波红外图像增强装置，包括由FPGA实现的直方图统计装置、阈值判定装置、清零装置、阈值存储器、线性变换计算装置和灰度映射表；直方图统计装置用于接收红外探测器的输出信号，阈值判定装置根据设定的线性变化上限和下限值以及直方图统计结果，自适应确定线性变换的上下限阈值，并将两个阈值存入阈值存储器装置；清零装置将直方图统计装置内部存储的一帧信号清零，等待下一帧信号的继续统计；线性变换计算装置读取阈值存储器装置存储的上下限阈值，并以此阈值完成线性变换计算，实现红外图像的灰度映射，将灰度映射结果存储在灰度映射表。
如图1、图2，具体来说，直方图统计装置1按照短波红外探测器输出时序在探测器输出信号有效的时间内完成短波红外图像的直方图统计；阈值判定装置2根据设定的线性变化上限和下限值依次从直方图统计结果的前端和后端地址处开始读出并判定上限和下限的对应阈值，并将两个阈值存入阈值存储器装置3；清零装置5将直方图统计装置内部存储器清零，等待下一帧信号的继续统计；线性变换计算装置4读取阈值存储器装置存储的上限下限阈值，并以此为阈值完成线性变换计算，实现红外图像的灰度映射，最终将灰度映射结果存储在灰度映射表6。
直方图统计装置1由双口RAM存储器6、加法器8、控制模块7组成，短波红外探测器输出信号经过模数转换后作为地址信号输入到双口RAM存储器第一口，保证双口RAM存储器的地址按照短波红外探测器的输出信号频率变化；加法器8以双口RAM存储器第一口的输出段为输入信号，将其值增加1后输出给双口RAM存储器第一口的数据端；控制模块7输出双口RAM存储器第一口的写使能信号，保证只在短波红外探测器输出信号有效时直方图统计装置工作，空闲时间为等待状态。
直方图统计装置1中的双口RAM存储器6和加法器8工作频率为短波红外探测器输出数据频率的2倍，保证在每个像素有效时间内完成信号的统计。
清零装置5必须以直方图统计控制模块和阈值判定装置的完成信号为使能端，保证只有上述工作完成后才将直方图统计装置清零。
清零装置5和阈值判定装置2对直方图统计装置1中双口RAM存储器6的读写操作均通过双口RAM的第二口完成。
清零装置5和阈值判定装置2对直方图统计装置1中双口RAM存储器6的读写操作时地址信号和使能信号通过选通开关9连接双口RAM第二口的地址和使能信号，选通开关由阈值判定完成信号控制。
Claims (8)
1.一种短波红外图像增强方法，其特征在于，步骤如下：
1）短波红外探测器输出信号经过模数转换后进行直方图统计，
2）将直方图统计后的结果进行分段线性灰度变换，分段线性灰度变换的阈值采用自适应算法获得。
2.根据权利要求1所述一种短波红外图像增强方法，其特征在于，直方图统计按照短波红外探测器输出时序在探测器输出信号有效的时间内完成短波红外图像的直方图统计。
3.实现权利要求1所述方法的一种基于FPGA的短波红外图像增强装置，其特征在于，包括由FPGA实现的直方图统计装置、阈值判定装置、清零装置、阈值存储器、线性变换计算装置和灰度映射表；直方图统计装置用于接收红外探测器的输出信号，阈值判定装置根据设定的线性变化上限和下限值以及直方图统计结果，自适应确定线性变换的上下限阈值，并将两个阈值存入阈值存储器装置；清零装置将直方图统计装置内部存储的一帧信号清零，等待下一帧信号的继续统计；线性变换计算装置读取阈值存储器装置存储的上下限阈值，并以此阈值完成线性变换计算，实现红外图像的灰度映射，将灰度映射结果存储在灰度映射表。
4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述直方图统计装置由双口RAM存储器、加法器、控制模块组成；短波红外探测器输出信号经过模数转换后作为地址信号输入到双口RAM存储器第一口；加法器装置以双口RAM存储器第一口的输出段为输入信号，将其值增加1后输出给双口RAM存储器第一口的数据端；控制模块输出双口RAM存储器第一口的写使能信号。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述直方图统计装置中的双口RAM存储器和加法器工作频率为短波红外探测器输出数据频率的2倍。
6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述清零装置以直方图统计控制模块和阈值判定装置的完成信号为使能信号。
7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述清零装置和阈值判定装置对直方图统计装置中双口RAM存储器的读写操作均通过双口RAM的第二口完成。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述清零装置和阈值判定装置对直方图统计装置中双口RAM存储器的读写操作时地址信号和使能信号通过选通开关连接双口RAM第二口的地址和使能端，选通开关由阈值判定完成信号控制。
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