CN110852976B - 一种红外图像明暗不均匀校正方法及计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外图像明暗不均匀性校正方法及计算机程序产品，涉及红外图像处理领域，本发明的方法包括的步骤有：将校正参数初始化为零；移动镜头，同时每间隔一定时间采集一帧图像；利用高斯低通滤波器平滑图像并进行下采样处理直到图像大小与参数矩阵大小相同；使用公式不断迭代计算更新校正参数，当满足一定计算次数时停止计算；利用双线性插值将参数矩阵扩大至源图像大小；最后使用校正参数校正输入图像并将校正结果输出。本发明的红外图像明暗不均匀性校正的计算机程序产品的计算机程序被所述的电子处理计算单元的处理器执行实现本发明的红外图像明暗不均匀性校正方法。本发明可以补偿图像的明暗不均匀，提高红外成像质量。

Description

一种红外图像明暗不均匀校正方法及计算机程序产品
技术领域
本发明涉及红外图像处理领域，具体涉及一种红外图像灰度明暗不均匀的校正方法及计算机程序产品。
背景技术
随着凝视型红外成像技术的不断发展，红外热成像仪被越来越多地应用于安防监控、农业工业、医疗仪器、军事侦察等诸多领域。在红外成像过程中，红外光学系统容易受到热源(如制冷机发热、环境高低温)、外围光学系统杂散辐射等的干扰导致图像出现固定的明暗不均匀。这严重影响了成像的视觉观感，因此需要提出一种红外图像的明暗不均匀校正方法，以消除这种不均匀性影响，还原图像的均匀背景。
在现有技术中，改善成像系统的不均匀性主要是利用两点标定法和一点标定法。其中两点标定法是在红外热像仪出厂前，将镜头对准黑体辐射源采集高温图像和低温图像，利用高低温下的两幅辐射均匀的图像计算出非均匀性参数；一点校正法一般是在红外探测器前打入挡板，利用挡板制造均匀辐射面进行校正。然而，上述方法中，两点校正法由于在红外热像仪出厂前已经做好了标定，而红外热像仪具体使用环境的热源不确定性导致了两点标定法不具备实际操作意义(也就是很难利用热像仪当时所处的环境再进行一次两点重标定)；一点校正方法由于是在红外探测器前设置挡板，当校正完成后，光线依然会经过光学系统后才会聚在探测器焦平面成像，而明暗不均匀性正是由于光学系统受到外界因素干扰带来的，因此，一点校正法也校正不了图像的明暗不均匀。
此外，基于场景的校正方法能在基于定标的方法基础上校正红外热成像仪在使用过程中出现的非均匀性，然而，由于基于场景的校正方法往往硬件实现难度大、占用硬件资源多，不利于实时校正，因此需要针对明暗不均匀现象的特殊性作出特殊处理，以使算法简洁、快速、高效。
综上，需要提出一种新的算法，该算法能够基于硬件实时流处理，用来补偿由于光学系统缺陷带来的成像明暗不均匀，从而提高红外成像质量。
发明内容
针对红外光学系统缺陷带来的成像明暗不均匀，本发明的目的在于提供一种红外图像明暗不均匀校正方法及计算机程序产品，可以补偿图像的明暗不均匀，提高红外成像质量。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种红外图像明暗不均匀校正方法，包括以下步骤:
步骤1、将校正参数初始化为零，校正参数包括增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B。即：
K＝zeros(p,q)
B＝zeros(p,q)
其中p,q为校正参数矩阵的行和列。满足p＝M/2T、q＝N/2T，其M，N为焦平面的行、列数，T为利用高斯低通滤波器平滑图像并进行隔行隔列下采样处理的次数。
步骤2、将热像成像仪对准外景，移动镜头，同时每间隔一定时间采集一帧图像，以保证每副图像内容不同，采集到的图像数据送入红外热像仪电子处理计算单元。
步骤3、红外热像仪电子处理计算单元利用高斯低通滤波器平滑图像并进行下采样处理。高斯低通滤波公式如下：
Figure BDA0002284799650000031
其中，F为源图像，i,j为图像位置坐标，G为高斯滤波模板。
下采样操作为隔行隔列下采样，进行下采样操作后图像行、列数下降为原来的1/2，公式表述为：
D(i,j)＝H(2i,2j)
D为下采样后的图像。
步骤4、重复T次步骤3，直到图像大小下降到与校正参数矩阵大小一致。
步骤5、使用如下公式迭代计算校正参数
Figure BDA0002284799650000032
Figure BDA0002284799650000033
其中下标n表示当前次计算结果，下标n-1表示上一次计算结果。
步骤6、重复步骤2至5，迭代N次后计算得到K和B。
步骤7、使用双线性插值将增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B扩大至源图像大小，其中双线性插值公式为：
Figure BDA0002284799650000034
Figure BDA0002284799650000035
Figure BDA0002284799650000036
其中f(x,y)为插值计算结果，f(x1,y1)、f(x2,y1)、f(x1,y2)、f(x2,y2)为源数据的四个邻近点。
步骤8、使用校正参数校正输入图像并将校正结果输出。校正公式为
Figure BDA0002284799650000037
其中O(i,j)为输出图像的最终结果。
一种红外图像明暗不均匀性校正的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在电子处理计算单元的非瞬态可读存储介质上，其特征在于，该计算机程序被所述的电子处理计算单元的处理器执行实现本发明的红外图像明暗不均匀性校正方法中除了步骤2的其他所有步骤。
本发明的校正方法基于场景，其算法能够基于硬件实时流处理，通过补偿由于光学系统缺陷带来的成像明暗不均匀，提高了红外成像的质量。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是明暗不均匀示例图；
图3是图2使用本发明方法的校正结果图像。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的实施例的红外图像明暗不均匀性校正方法的具体步骤。
图1为本发明的方法流程图；图2为由于受到外界热源干扰出现了灰度明暗不均匀性的红外图像，可以看到图像右下角发黑(该红外图像为黑热)。获取该红外图像的焦平面阵列大小为1280x1024，因此该图像大小为1280x1024。
结合图1，一种红外图像明暗不均匀性校正方法，包括以下步骤：
步骤1、将校正参数初始化为零，校正参数包括增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B，大小为320x256。即：
K＝zeros(320,256)
B＝zeros(320,256)
步骤2、将热像成像仪对准外景，水平移动、上下摆扫镜头，同时每间隔100毫秒采集1帧图像，以保证每副图像内容不同，采集到的图像数据送入红外热像仪电子处理计算单元。
步骤3、红外热像仪电子处理计算单元利用高斯低通滤波器平滑图像并进行下采样处理。高斯低通滤波公式如下：
Figure BDA0002284799650000051
其中，F为源图像，i,j为图像位置坐标，G为5x5高斯滤波模板，为便于硬件处理，G的系数选择如下：
Figure BDA0002284799650000052
下采样操作为隔行隔列下采样，进行下采样操作后图像行、列数下降为原来的1/2，公式表述为：
D(i,j)＝H(2i,2j)
D为下采样后的图像。
步骤4、重复步骤3二次，源图像大小下降到与校正参数矩阵大小一致。
步骤5、使用如下公式迭代计算校正参数
Figure BDA0002284799650000053
Figure BDA0002284799650000054
其中下标n表示当前次计算结果，下标n-1表示上一次计算结果。
步骤6、重复步骤2-5，迭代500次后计算得到最终的K和B。
步骤7、使用双线性插值将增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B扩大至1280x1024大小，其中双线性插值公式为：
Figure BDA0002284799650000061
Figure BDA0002284799650000062
Figure BDA0002284799650000063
其中f(x,y)为插值计算结果，f(x1,y1)、f(x2,y1)、f(x1,y2)、f(x2,y2)为插值的四个邻近点。
步骤8、使用校正参数校正输入图像并将校正结果输出。校正公式为
Figure BDA0002284799650000064
其中O(i,j)为输出图像的最终结果。
一种红外图像明暗不均匀性校正的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在电子处理计算单元的非瞬态可读存储介质上，其特征在于，该计算机程序被所述的电子处理计算单元的处理器执行实现本发明的红外图像明暗不均匀性校正方法中除了步骤2的其他所有步骤。
通过采用本发明的方法对如图2所示的明暗不均匀的红外图像进行校正结果图像如图3所示。图2图像右下角发黑，经过本发明方法处理后右下角发黑的不均匀现象得到消除。

Claims (2)

1.一种红外图像明暗不均匀性校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将校正参数初始化为零，校正参数包括增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B；即：
K＝zeros(p,q)；
B＝zeros(p,q)；
其中p,q为校正参数矩阵的行和列；满足p＝M/2T、q＝N/2T，其M，N为焦平面的行、列数，T为利用高斯低通滤波器平滑图像并进行隔行隔列下采样处理的次数；
步骤2、将热像成像仪对准外景，移动镜头，同时每间隔一定时间采集一帧图像，将采集到的图像数据送入红外热像仪电子处理计算单元；
步骤3、红外热像仪电子处理计算单元利用高斯低通滤波器平滑图像并进行下采样处理；高斯低通滤波公式如下：
Figure FDA0004092562280000011
其中，F为源图像，i,j为图像位置坐标，G为高斯滤波模板；
下采样操作为隔行隔列下采样，进行下采样操作后图像行、列数下降为原来的1/2，公式表述为：
D(i,j)＝H(2i,2j)
D为下采样后的图像；
步骤4、重复步骤3T次，直到图像大小下降到与校正参数矩阵大小一致；
步骤5、使用如下公式迭代计算校正参数
Figure FDA0004092562280000012
Figure FDA0004092562280000013
其中下标n表示当前次计算结果，下标n-1表示上一次计算结果；
步骤6、重复步骤2至5，迭代N次后计算得到K和B；
步骤7、使用双线性插值将增益参数矩阵K和偏置参数矩阵B扩大至源图像大小，其中双线性插值公式为：
Figure FDA0004092562280000021
Figure FDA0004092562280000022
Figure FDA0004092562280000023
其中f(x,y)为插值计算结果，f(x1,y1)、f(x2,y1)、f(x1,y2)、f(x2,y2)为源数据的四个邻近点；
步骤8、使用校正参数校正输入图像并将校正结果输出；校正公式为：
Figure FDA0004092562280000024
其中O(i,j)为输出图像的最终结果。
2.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被电子处理计算单元的处理器执行实现如权利要求1所述的红外图像明暗不均匀性校正方法中除了步骤2的其他所有步骤。
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