CN106683056A - 一种机载光电红外数字图像处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机载光电红外数字图像处理方法及装置，属于红外图像处理技术领域。本发明首先通过双边滤波器将原始图像进行分离，得到图像的低频轮廓背景信息和高频局部细节信息，然后将轮廓背景进行动态压缩，局部细节信息进行扩展处理，并对处理后的这两部分进行融合。本发明采用双边滤波器对原始图像进行分离，能够在保持红外图像边缘特征的同时去除噪声，解决了图像在去噪处理时容易导致图像目标轮廓模糊的问题。本发明提高了场景中背景与目标间的对比度，处理后的红外图像增强效果明显，细节清晰，可有效抑制图像中的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种机载光电红外数字图像处理方法及装置，属于红外图像处理技术领域。
背景技术
近年来，红外成像技术以其独特的优点得到了广泛的应用，装配红外传感器的机载光电设备增强了在烟雾、夜间等条件下的战斗能力，大大提高了武器作战平台的全天时、全天候综合作战性能，而优质的红外图像可以为机载平台实现目标侦察、跟踪、打击提供更为高效、准确的判据。因此，提高红外成像设备的图像质量对于提高机载光电设备任务执行的效率有着重要的意义。机载光电红外成像系统输出图像具有16-bit高动态范围，而显示设备只有8-bit输出位宽，为了改善高动态红外图像的显示效果，通常需要对数字图像完成压缩的同时，保留图像细节，由于红外图像的噪声比可见光等图像大，用通常的图像增强的方法改善红外图像对比度的效果并不理想。例如公布号为CN104574284A专利申请文件公开一种公开了一种图像对比度增强处理方法，该方法在对图像进行处理时，只利用了图像的灰度特征，所以这种传统的滤波算法在去噪的同时容易导致图像目标轮廓模糊，并不适用于红外图像的细节增强。
发明内容
本发明的目的是提供一种机载光电红外数字图像处理方法，以解决目前的图像在去噪处理时容易导致图像目标轮廓模糊的问题，同时本发明还提供了一种机载光电红外数字图像处理装置。
本发明为解决上述技术问题而提供一种机载光电红外数字图像处理方法，该处理方法的步骤如下：
1)采用双边滤波器对采集的原始机载光电红外数字图像进行分离，将原始机载光电红外数字图像分为低频背景层和高频细节层；
2)将得到的低频背景层图像进行压缩，将得到的高频细节层图像进行扩展；
3)将经过步骤2)处理后背景层图像和细节层图像相加合成。
进一步地，所述的步骤1)中的双边滤波器的影响参数包括窗口半径N、空间临近度方差σs和灰度临近度方差σr，所述窗口半径N为3、5、7或9，所述的空间临近度方差σs为图像对角线像素数量的2.5％，所述的灰度临近度方差σr大于等于50小于等于300。
进一步地，所述的步骤2)中在进行压缩时所选取的压缩比例系数b大于等于0.7小于等于0.9。
进一步地，所述的步骤2)中在进行扩展时所选取的扩展比例系数d大于等于2小于等于5。
进一步地，该方法还包括采用平台直方图均衡算法对步骤3)得到图像进行对比度调整。
本发明还提供了一种机载光电红外数字图像处理装置，该处理装置包括图像分离模块、图像压缩模块、图像扩展模块和图像合成模块，
所述的图像分离模块用于采用双边滤波器对采集的原始机载光电红外数字图像进行分离，将原始机载光电红外数字图像分为低频背景层和高频细节层；
所述的图像压缩模块用于对得到的低频背景层图像进行压缩；
所述的图像扩展模块用于得到的高频细节层图像进行扩展；
所述的图像合成模块用于将经图像压缩模块压缩的图像和经图像扩展模块扩展图像进行合成。
进一步地，所述的图像压缩模块所采用的双边滤波器影响参数包括窗口半径N、空间临近度方差σs和灰度临近度方差σr，所述窗口半径N为3、5、7或9，所述的空间临近度方差σs为图像对角线像素数量的2.5％，所述的灰度临近度方差σr大于等于50小于等于300。
进一步地，所述的图像压缩模块在对图像进行压缩时所选取的压缩比例系数b大于等于0.7小于等于0.9。
进一步地，所述的图像扩展模块在对图像进行扩展时所选取的扩展比例系数d大于等于2小于等于5。
进一步地，所述的处理装置还包括对比度调整模块，所述的对比度调整模块用于采用平台直方图均衡算法对图像合成模块得到图像进行对比度调整。
本发明的有益效果是:本发明首先通过双边滤波器将原始图像进行分离，得到图像的低频轮廓背景信息和高频局部细节信息，然后将轮廓背景进行动态压缩，局部细节信息进行扩展处理，并对处理后的这两部分进行融合。本发明采用双边滤波器对原始图像进行分离，能够在保持红外图像边缘特征的同时去除噪声，解决了图像在去噪处理时容易导致图像目标轮廓模糊的问题。本发明提高了场景中背景与目标间的对比度，处理后的红外图像增强效果明显，细节清晰，可有效抑制图像中的噪声。
本发明所需的存储开销低，运算简单，具有良好的通用性及可移植性，只需要通过在软件中增添相应代码即可实现相应功能，不会增加额外的硬件成本，大大降低了研制难度，缩短了研制周期。
附图说明
图1是本发明机载光电红外数字图像处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明机载光电红外数字图像处理方法的实施例
本发明首先通过双边滤波器将原始图像进行分离，得到图像的轮廓背景信息和局部细节信息，然后将这两部分信息分别进行动态压缩或增强处理，最后把融合后的图像通过平台直方图均衡算法获得最终的图像显示输出。该方法的具体流程如图1所示，具体实施步骤如下。
1.采集原始机载光电红外数字图像数据。
本实施例所采用的红外成像系统使用的为面阵大小为640×512的中波制冷型焦平面阵列探测器，红外成像系统上电后，采集一帧探测器14bit原始红外图像数据ImageY。
2.采用双边滤波器将原始图像进行分离，得到图像的轮廓背景信息和局部细节信息。
本实施例用双边滤波器将原始红外图像ImageY进行图像分层，分为图像低频背景层信息ImageB和图像高频细节层信息ImageD，其中，ImageD＝ImageY-ImageB。
由于双边滤波的权值系数由两部分构成，空间邻近度方差和灰度邻近度方差，所以在滤波时，离中心像素点空间距离越远的点对其影响越小，像素差越大的点对中心像素点影响也越小，综合这两个维度的信息，使其具有“保边去噪”的特点，能够在保持红外图像边缘特征的同时去除噪声。双边滤波器受3个参数的影响：
1)窗口半径
窗口半径的大小直接影响图像细节的提取能力，窗口半径过小时，领域内的像素数涉及太少使得图像滤波效果不明显，导致图像细节提取效果不好；而窗口半径过大时，运算耗时太长，图像还会出现过于滤波模糊的情况。因此一般情况下窗口半径N取3、5、7、9等，本实施例中窗口半径N的选择为5，即采用即5×5的滤波模板，选取的模板为：
2)空间邻近度方差σs
空间邻度方差σs控制着空间邻近度因子ws的衰减程度，通过仿真可知，空间邻近度因子ws对于图像双边滤波的整体效果影响不是很大，但是如果方差σs选取值过大则会增加算法的时间消耗，还会引起图像边缘区域的过分平滑，σs一般为图像对角线像素数量的2.5％。本实施例中，空间邻近度方差σs取10。
3)灰度临近度方差σr
灰度邻近度方差σr控制着灰度邻近度因子wr的衰减程度，通过仿真可知，灰度临近度因子wr对于图像双边滤波的整体效果影响较大，后续图像细节增强的饱和程度和方差σr的选值关系较大。σr值越大，细节部分呈现越多，但σr值过大，可能在后期图像融合时发生灰度级溢出。σr取值范围一般为[50,300]，即大于等于50小于等于300。本实施例中灰度临近度方差σr设定为100。
3.将得到的轮廓背景信息进行压缩，将得到的局部细节信息进行扩展。
在对轮廓背景信息进行压缩时，设定背景层图像压缩比例系数为b，b值太小时，图像的背景压缩部分没有意义，b值太大，可能在图像融合时发生灰度级溢出。一般b取值范围为[0.7,0.9]，即大于等于0.7小于等于0.9，经压缩后得到的图像Y1＝b×ImageB。
在对细节层图像进行扩展时，设定细节层图像扩展比例系数为d，d值太小时，图像细节增强不足；d值越大，细节部分增强效果越明显，但d值过大易产生图像的过度锐化，后续的图像融合效果不符合人眼观测的特性，因此，细节层图像扩展比例系数d一般取值范围为[2,5]，本实施例中细节层图像扩展比例系数d取值为3，扩展后的细节层图像为Y2，Y2＝d×ImageD。
4.将处理后的背景层图像和细节层图像相加。
设定相加后的图像为Y，则Y＝Y1+Y2。
为进一步增强图像的对比对，本发明在上述方法的基础上还增加了对比度调整步骤，即将相加后的图像Y进行对比度调整后再输出。
本实施例采用平台直方图均衡法对图像进行对比度调整，该算法的主要目的是拉伸灰度范围，增强观测目标的对比度，抑制红外图像的背景。本实施例中相加后的图像Y通过平台直方图均衡算法，变换为8bit图像格式输出。
本发明的机载光电红外数字图像处理方法通过双边滤波器将原始图像进行分离，得到图像的轮廓背景信息和局部细节信息，然后将轮廓背景进行动态压缩，局部细节信息进行扩展处理，并对处理后的这两部分进行融合，最后通过平台直方图均衡获得最终的图像显示输出，该方法提高了场景中背景与目标间的对比度，处理后的红外图像增强效果明显，细节清晰，可有效抑制图像中的噪声。
本发明机载光电红外数字图像处理装置的实施例
本实施例的机载光电红外数字图像处理装置包括图像分离模块、图像压缩模块、图像扩展模块和图像合成模块，该图像处理装置的核心器件采用FPGA，FPGA芯片型号为ZYNQ7020，图像处理装置中执行有图像分离模块、图像压缩模块、图像扩展模块和图像合成模块，各模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其他形式的存储介质，可以将该存储介质耦接至图像处理装置，使图像处理装置能够从该存储介质读取信息，或者该存储介质可以是图像处理装置的组成部分。
其中图像分离模块用于采用双边滤波器对采集的原始机载光电红外数字图像进行分离，将原始机载光电红外数字图像分为低频背景层和高频细节层；图像压缩模块用于对得到的低频背景层图像进行压缩；图像扩展模块用于得到的高频细节层图像进行扩展；图像合成模块用于将经图像压缩模块压缩的图像和经图像扩展模块扩展图像进行合成，各模块的具体实现手段已在方法的实施例中进行了详述，这里不再赘述。
该图像处理装置能够使处理后的红外图像增强效果明显，细节清晰，可有效抑制图像中的噪声。且所需的存储开销低，运算简单，具有良好的通用性及可移植性，只需要通过在软件中增添相应代码即可实现相应的功能，不会增加额外的硬件成本，大大降低了研制难度，缩短了研制周期。
Claims (10)
1.一种机载光电红外数字图像处理方法，其特征在于，该处理方法的步骤如下：
1)采用双边滤波器对采集的原始机载光电红外数字图像进行分离，将原始机载光电红外数字图像分为低频背景层和高频细节层；
2)将得到的低频背景层图像进行压缩，将得到的高频细节层图像进行扩展；
3)将经过步骤2)处理后背景层图像和细节层图像进行相加合成。
2.根据权利要求1所述的机载光电红外数字图像处理方法，其特征在于，所述的步骤1)中的双边滤波器的影响参数包括窗口半径N、空间临近度方差σs和灰度临近度方差σr，所述窗口半径N为3、5、7或9，所述的空间临近度方差σs为图像对角线像素数量的2.5％，所述的灰度临近度方差σr大于等于50小于等于300。
3.根据权利要求1所述的机载光电红外数字图像处理方法，其特征在于，所述的步骤2)中在进行压缩时所选取的压缩比例系数b大于等于0.7小于等于0.9。
4.根据权利要求1所述的机载光电红外数字图像处理方法，其特征在于，所述的步骤2)中在进行扩展时所选取的扩展比例系数d大于等于2小于等于5。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的机载光电红外数字图像处理方法，其特征在于，该方法还包括采用平台直方图均衡算法对步骤3)得到图像进行对比度调整。
6.一种机载光电红外数字图像处理装置，其特征在于，该处理装置包括图像分离模块、图像压缩模块、图像扩展模块和图像合成模块，
所述的图像分离模块用于采用双边滤波器对采集的原始机载光电红外数字图像进行分离，将原始机载光电红外数字图像分为低频背景层和高频细节层；
所述的图像压缩模块用于对得到的低频背景层图像进行压缩；
所述的图像扩展模块用于得到的高频细节层图像进行扩展；
所述的图像合成模块用于将经图像压缩模块压缩的图像和经图像扩展模块扩展图像进行合成。
7.根据权利要求6所述的机载光电红外数字图像处理装置，其特征在于，所述的图像压缩模块所采用的双边滤波器影响参数包括窗口半径N、空间临近度方差σs和灰度临近度方差σr，所述窗口半径N为3、5、7或9，所述的空间临近度方差σs为图像对角线像素数量的2.5％，所述的灰度临近度方差σr大于等于50小于等于300。
8.根据权利要求6所述的机载光电红外数字图像处理装置，其特征在于，所述的图像压缩模块在对图像进行压缩时所选取的压缩比例系数b大于等于0.7小于等于0.9。
9.根据权利要求6所述的机载光电红外数字图像处理装置，其特征在于，所述的图像扩展模块在对图像进行扩展时所选取的扩展比例系数d大于等于2小于等于5。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的机载光电红外数字图像处理装置，其特征在于，所述的处理装置还包括对比度调整模块，所述的对比度调整模块用于采用平台直方图均衡算法对图像合成模块得到图像进行对比度调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170517 |
|
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