CN111465961B - 在透视显示器上显示图像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在透视显示器上显示图像的方法。所述方法包含：获得(101)对象的第一电磁辐射矩阵，所述第一矩阵包含表示所述对象的对应位置的辐射强度值的第一矩阵元素；将所述第一矩阵划分(103)成表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的第一子集的第二矩阵和表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的第二不同子集的第三不同矩阵；生成(105)所述第二矩阵的第一直方图；均衡(107)所述第一直方图以获得均衡的第二直方图；从所述第二矩阵和所述均衡的第二直方图生成(109)表示所述辐射强度值的所述第一子集的第一灰度图像；用第一色图对所述第一灰度图像进行着色(111)以获得第一颜色图像；通过将所述辐射强度值的所述第二子集基本线性地映射到给定数目的编码辐射强度值，生成(113)表示辐射强度值图像的所述第二子集的第二灰度图像；用不同于所述第一色图的第二色图对所述第二灰度图像进行着色(115)，以获得第二颜色图像；组合(117)所述第一颜色图像和所述第二颜色图像以获得组合颜色图像；以及在所述透视显示器上显示(123)所述组合颜色图像。

Description

在透视显示器上显示图像的方法
技术领域
本发明涉及一种在透视显示器上显示例如热图像的图像的方法。更具体地，所显示的图像否则对于透视显示器的用户将是不可见的。本发明还涉及对应的成像系统和用于实现所述方法的计算机程序产品。
背景技术
在各种领域中，为用户在透明或透视显示器，也被称为增强现实显示器上显示不可见信息，例如热信息，将是有用的。这对于例如经常遇到难以看透浓烟的消防员来说尤其有用。当在此类显示器上显示热图像时，当前存在的免持热视觉系统很少使用优良的透视显示器，而在尊重用户感知它们的方式的同时却很难理解。当前市场上可买到的产品可以分为用于消防的手持热相机，例如用于消防的免持热视觉装置以及用于其它应用领域的增强视觉装置。
手持消防热相机使用液晶显示(LCD)屏幕向消防员提供“实况”热图像。取决于相机模型，相关联的热图像处理的范围从非常简单的(具有有限的图像增强的黑白图像)到具有多种颜色方案的更复杂的(使用多种图像增强技术来增加对象的轮廓和细节)。然而，对于标准LCD屏幕执行的图像处理和优化通常不能用于透视显示器的环境中(例如，因为非常微弱地感知黑白热图像)。就免持热视觉装置而言，仅存在少数市场上可买到的装置。这些装置通常基于LCD屏幕，以扫视模式(即，在中央视觉之外)显示。用于其它应用领域的增强视觉装置可以用于例如军事(例如，飞行员头盔)、医疗(增强现实辅助手术)和驾驶(平视显示器)应用中，并且它们使用类似的概念来以部分不突出的方式显示信息。然而，特别是当与热成像或消防的需求相比时，对图像处理的要求是完全不同的。
理想的增强视觉系统以此类方式显示不可见信息，即它仅将信息添加到已经可见信息(这是定义系统的无缝性的方式)，这与将呈现高水平的突出性的系统相反，阻止用户访问重要的可见信息。此目标类似于各种传感器融合应用，其中来自不同模态的两个(或多个)图像被混合在一起，以最大化所得到的信息。然而，在传统的传感器融合应用和透视显示器的成像应用之间存在一些重要的区别。首先，在传感器融合应用中，用户对最终图像具有完全的控制，这不是透明透视显示应用的情况，在透明透视显示应用中，仅有可能叠加到用户所感知的最终图像上。其次，现实世界照明应用的动态范围远大于增强现实显示器的动态范围，这带来了如何在所有照明情况下显示相关信息的问题。第三，传统的传感器融合应用主要集中在如何融合图像以最大化细节感知。然而，例如在消防领域，细节感知和温度感知(了解对象的确切温度)都是重要的。
已经对热图像处理进行了广泛的应用研究。然而，在大多数情况下，如果不是在所有情况下，信息值来自结构(热形状)或度量值(温度)。然而，在一些领域，例如消防员的应用中，结构和度量值都是重要的，因为消防员使用热相机进行危险情况评估。这导致两个主要问题：如何保持良好的温度感知的同时压缩热图像以最大化细节感知，以及如何对得到的图像进行着色。将输入热图像压缩成范围更小的图像的大多数当前已知的图像压缩技术依赖于找到最优直方图均衡技术。然而，这些技术通常仅适用于静态图像。此外，例如，对热图像进行着色的现有解决方案不适于消防应用。现有的解决方案主要集中于对具有自然白天外观的图像进行着色。其它颜色方案通常限于两种类型：单色方案(例如黑色到红色色图)和彩虹方案(大量的颜色)。然而，例如对消防员的需求没有被这些技术所覆盖。
发明内容
本发明的目的是克服以上识别的至少一些与在透视显示器上显示电磁辐射信息有关的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种如权利要求1中所述的在透视显示器上显示图像的方法。
·所提出的新解决方案具有以下优点：对对象和物理元素(例如墙壁、地板、家具)的轮廓的良好感知，以增强空间定向。
·基于对危险程度的估计，可以良好的感知对象温度(如果对温度感兴趣)。
·所显示的图像对例如照明条件、场景信息等环境条件的鲁棒性。
·所显示的图像向真实世界的感知不明显。可能的视觉提示始终可见，并且不会被所显示的图像遮挡。
根据本发明的第三方面，提供了一种如权利要求15中所述的用于在透视显示器上显示图像的成像系统。
在所附从属权利要求中叙述了本发明的其它方面。
附图说明
通过以下参考附图从非限制性实例实施例的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：
·图1示意性地示出了可以用于实现根据本发明的实例的所提出的方法的一些硬件组件；
·图2示出了由根据本发明的实例的热传感器获得的实例灰度图像；
·图3示出了根据本发明的实例的图2的图像的直方图；
·图4示出了根据本发明的实例的图2的较低温度图像部分的直方图；
·图5示出了根据本发明的实例的图4的直方图的均衡直方图；
·图6示出了根据本发明的实例的图2的图像的对比度增强的较低温度灰度图像部分；
·图7示出了根据本发明的实例的图2的图像的重新缩放的较高温度灰度图像部分；
·图8示出了根据本发明的实例的图7的图像的直方图；
·图9示出了从图6的图像中获得的经着色的较低温度图像部分；
·图10示出了从图7的图像中获得的经着色的较高温度图像部分；
·图11示出了根据本发明的实例的用于分别对图6和图7的较低和较高温度图像部分进行着色的嵌套色图；
·图12示出了根据本发明的实例从图7的较高温度图像部分获得的阿尔法蒙板(alpha mask)；
·图13示出了从图9和图10的图像获得的最终的经着色的混合图像；以及
·图14是示出了根据本发明的实例的所提出的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图详细地描述本发明的各种实施例。此实施例是在消防应用的背景下描述的，但是本发明的教导不限于此环境。例如，本发明的教导可以用于任何其它情况，其中热信息将添加信息，例如安全应用、重工业(冶金、水泥厂)应用、特殊运动、医疗应用等。而且，本发明的教导也不是特别与热成像相关，而是它们可以适于其它传感器，例如紫外或雷达传感器，以便以无缝方式显示不可见信息。出现在不同附图中的相同或对应的功能和结构元件被分配相同的附图标记。
本发明属于增强视觉领域，此术语可以被定义为通过使用透明视野或视觉显示器，也被称为增强或混合现实(AR/MR)显示器呈现不可见(尚未物理)信息来增强人类视觉系统。更具体地，本发明的教导在关键和紧急应用的环境中特别有用，其中对信息的快速理解是关键的。所考虑的不可见信息可以是红外光谱范围内的电磁辐射。它通常从700纳米(频率430THz)的可见光谱的标称红色边缘延伸到1毫米(300GHz)。因此，电磁辐射可以是热辐射并且由隐藏在烟雾中的对象发出，并且由于此原因通常是不可见的。然而，本发明的教导也适用于其它光谱范围内的电磁辐射。
本发明基于一种算法，所述算法更广泛地处理热图像或电磁辐射图像，以便以最佳可能的方式在透视显示器上显示它们。所显示图像的“无缝性”取决于如何处理不可见信息以最大化对混合(可见+不可见)图像的理解，如何使图像适于透明显示器的使用，以及如何将其调整或校准到当前环境。本发明定义了实现“无缝性”的用户感知所需的模型、算法和/或测试过程。下面简要说明此算法或过程的两个主要部分。
通过嵌套色图实现细节和热感知之间的平衡：本发明使用两种不同的特别设计的色图来实现两个单独的目标。这被认为是以最大化细节和温度感知两者为目的而显示热图像的最优方式。此方法也可以用于普通显示器。色图可以被定义为用于将输入灰度值与颜色值相匹配的查找表。在应用色图之前，使用特定的直方图均衡技术，如稍后更详细解释。直方图均衡是一种用于调整图像值以增强对比度的技术。
对透明显示器的特定调适：由于直接在用户的视野中呈现图像，所以AR显示器往往会最大化图像流的缺陷，并且如果不另外注意最小化这些缺陷，则佩戴起来会很快变得不舒服。针对亮度或光度调适(也是显示透明度调适)提出的技术解决了任何增强视觉系统的最大感知问题。
图1示意性地示出了有助于理解本发明教导的硬件组件。头盔1在此实例中为消防头盔，被设计成由消防员佩戴。热相机组件或单元3被安装在头盔的前部，并且在此实例中包含热相机或传感器5和发光度传感器7。热相机5被配置成捕获环境的一个或多个电磁辐射帧，在此实例中为热图像帧或简单地为热帧。热帧被理解为由热相机检测或测量的温度矩阵。然后，可以将热帧可视化为热图像，使得在此实例中，对于每个图像像素，在温度矩阵中存在对应的温度矩阵值。温度矩阵的温度值因此可以被简单地转换成编码的图像像素值。当拍摄多个帧时，这些帧可以被示为用户的视频。在此实例中，矩阵元素值中的每一个被编码为14位。因此，热帧可以被称为14位温度矩阵。如将稍后解释的修改的热图像可以示出在显示器9上，在此实例中，显示器9是透视显示器9。透视显示器是电子显示器，其允许用户看到在(玻璃)屏幕上显示的内容，同时仍然能够透视它。透视显示器9可以具有集成的显示亮度控制单元，或此单元可以被单独提供。在图1中，还示出了用于消防员的呼吸面罩11。应注意，不是安装在头盔1上，而是可以将热相机5和/或发光度传感器7安装在呼吸面罩11或其它地方上。图1中未示出的数据处理或软件单元被配置成在透视显示器9上显示修改的或处理的热帧之前处理热帧。在以下组件中的至少一些之间提供无线或有线数据通信链路：热相机组件3、数据处理单元、亮度控制单元和透视显示器9。
如前所述，细节和温度感知(了解对象的确切温度)对于消防应用都是重要的。然而，在数据可视化中，这些是相反的目标，即量读取/识别任务(温度)和形状感知(细节)。为了实现本发明，首先通过进行心理感知实验来验证数据可视化的发现，在心理感知实验中，观察者被给予两个单独的任务：根据细节的数目来比较图像对，以及估计所显示的图像的一部分的值。这些任务中的每一个使用不同颜色方案重复多次，表示由数据可视化提供的各种可能性。通过将热图像和视觉图像混合在一起以模拟使用透明系统的效果，并且通过使用特定的AR显示模型，在普通的计算机屏幕上执行这些实验。快速得出结论，一个“理想”色图是不可能的，因为多色色图在温度估计任务上给出更好的结果，而单色色图在细节感知上效果更好，这将在下面更详细地解释。
根据本发明的一个实例，提供了一种用于在消防应用的透视显示器上处理和显示热图像的系统和方法。所述系统因此被配置成执行所述方法。在此实例中，原始热帧的处理被划分成三个阶段，如以下所概括的并且稍后更详细地解释：
1.自动增益控制：对原始热帧(处理单元的输入帧或矩阵)进行处理，以将输入动态范围降低到显示输出动态范围，其中，原始热帧可以被可视化为如图2中所示的原始热图像，并且可以由热相机5捕获。这涉及将第一温度矩阵，也被称为输入温度矩阵划分成相同大小的两个矩阵：包含所有低于特定阈值的温度的第二或更低温度矩阵，以及包含所有高于或等于此阈值的温度的第三或更高温度矩阵。然后，将较低温度矩阵非线性地转化成较低动态范围的图像(较低温度图像)，而将较高温度矩阵线性地转化成较低动态范围的图像(较高温度图像)。自动增益控制因此被理解为一种过程，通过所述过程，输入热帧或温度矩阵的动态范围朝向显示器动态范围减小，同时保持良好的对比度。动态范围可以被定义为输入或输出最大值与最小值的比率。热相机的动态范围通常高于显示器的动态范围。
2.着色：然后通过使用第一色图，也被称为较低温度的色图，对较低温度的图像进行着色，然后通过使用第二色图，也被称为较高温度的色图，对较高温度的图像进行着色，在此实例中，第二色图与第一色图不同(尽管它们可以是基本相同的色图)。这两种色图被设计成实现单独的目标：用于较低温度图像以最大化形状感知；以及用于较高温度图像以最大化度量数据值估计。然后，由于色图的嵌套特性，这两个图像被混合或混合成一个单个的连续(就颜色而言)图像。
3.自动亮度控制：然后经着色的混合图像在透视显示器9上显示。出于此目的，在此实例中，可以基于两个因素来调适显示亮度：所估计的场景的信息值(即，原始热帧)以及当前环境或背景光级。低信息场景导致较低的显示或屏幕亮度(更透明的感知图像)，同时在显示的图像和背景场景之间保持特定的发光度对比度。因此，自动亮度控制是一种过程，通过所述过程，将基于场景的信息值和/或从发光度传感器7获得的环境光级来计算显示器背光驱动或更具体地计算其值。
接下来将更详细地解释自动增益控制过程。所述过程使用一种新的全局直方图均衡技术(在将技术应用于要处理的整个热帧的意义上来说是全局的)，其旨在满足热图像感知的两个单独的目标(细节和温度)。这可以通过将输入温度矩阵阈值化为两个单独的矩阵来实现，其中较低温度矩阵表示较低温度，较高温度矩阵表示较高温度。图2示出了原始温度矩阵作为原始热图像的可视化，而图3示出了所述图像的原始直方图。在直方图右端的峰值是由热相机饱和引起的。图3还示出了温度阈值，其在此实例中设定为80℃。然而，其它(固定的)温度阈值同样是可能的。温度阈值可以在40℃至120℃之间，或在60℃至100℃之间，或更具体地在70℃至90℃之间。应注意，图2的热图像和图3的直方图仅仅是为了说明的目的而示出，但是所提出的方法实际上在计算中不使用图2的热图像或图3的直方图。然后以不同的方式处理每种较低和较高温度的矩阵。通过使用标准直方图均衡技术的调适后版本，将边界置于压缩(或扩张)因子上，非线性地压缩或膨胀较低温度矩阵，以增加对比度，如下面给出的算法1所示。使用此特定直方图均衡技术的原因是增加对比度，同时限制由传统直方图均衡技术得到的视觉伪像的数目(即，可以通过所提出的方法保持部分线性)。换句话说，得到的直方图不是完全平坦的，而仅仅是如图中5所示的近似平坦。应注意，图5中所示的直方图显示了少于256个直方图图条(bin)，因此是实直方图的简化版本。不平坦因此意味着视觉图像伪影可以被最小化。以此方式，较低温度图像部分通过此特定的非线性直方图均衡技术增强对比度，并且被映射到[0，255]编码图像元素值范围。应注意，直方图均衡过程本质上是非线性过程。
所开发的用于处理较低温度矩阵函数的直方图均衡技术如下：
1.在将来的计算中忽略具有高于温度阈值的值的所有像素(或更广泛的图像元素)。
2.像素的总数除以目标直方图图条(在此实例中为256)。这给出了每个直方图图条图条极限的目标像素数。如果所有直方图图条包含相同数目的像素，那么目标直方图是完全平坦的并且因此被完美地均衡。然而，在此实例中，所提出的方法不会导致完美均衡的直方图。
3.针对较低温度矩阵，获得如图4中所示的直方图，其被称为输入直方图，其可以被定义为每个温度值的像素数目的向量，使得较低温度矩阵的每个温度值定义输入直方图图条。
4.考虑输入直方图的每个图条，并且通过使用如下所示的算法1中描述的伪码来获得被称为输出直方图的新直方图。应注意，所述算法将一个单个输入直方图图条中的像素视为单个实体，即它们都被分派给一个输出直方图图条。输入直方图的每个值b输入(即，特定输入直方图图条中的像素数目)被添加到输出直方图的当前图条，b输出[ind输出]指示特定输出直方图图条中的像素数目。只要输出直方图的当前图条中的像素数目未达到或超过图条极限(第一条件)，输出索引ind输出就不改变，即，所述过程保持将来自输入图条(逐个图条)的像素添加到输出直方图的当前图条。通过比较当前输入图条索引ind输入和最后一个索引ind输入最后的差异，还验证了当前输出直方图图条不会跨越输入直方图图条的太大的范围，其中过程切换到具有压缩极限压缩极限(第二条件)的“新”输出图条。如果差值超过压缩极限(表示为图条的数目)，则增加输出图条索引，即，过程切换到填充下一个输出直方图图条。换句话说，所述过程保持将像素添加到输出直方图的当前图条，直到满足第一和第二条件中的任一个。然后，所述过程开始填充下一个输出直方图图条。压缩极限可以在5至100之间，或5至50之间，或更具体地在5至20之间。应注意，第二条件是当前直方图均衡技术的新颖特征。因此，以此方式获得的输出直方图是输入直方图的均衡版本。
5.如果新直方图包含多于256个图条，那么将结果线性重新映射到256个图条(或任何其它给定数目的图条)。如果输出直方图最多包含256个图条，则不重新映射直方图。
6.通过使用新的直方图，通过将较低温度矩阵的每个像素重新映射到[0,255]范围内的预期值来计算直方图反投影。例如，这可以通过从较低温度矩阵的一个温度极值(例如，最低温度)开始并且将均衡的直方图的第一个图条的编码值分配给最低温度值来完成。如果在均衡的直方图的第一个图条中仍然留有一些像素，则过程移动到第二最低温度值，并且还将第一个图条编码值分配给第二最低温度。一旦在第一个图条中没有剩余更多的像素，则过程移动到第二个图条，并且将图条的编码值分配给较低温度矩阵中的下一个可用温度值。以此方式，较低温度矩阵的所有温度值以矩阵的增加温度值的顺序被分配编码的像素值。因此，均衡的直方图的反投影可以被认为是均衡的直方图再应用于用作像素亮度值的查找表的较低温度矩阵。
7.这给出了对比度增强的较低温度图像部分，如图6中所示。
Figure BDA0002531362870000111
就较高温度矩阵而言，其被简单地线性缩放或被映射以匹配256个编码图像元素值(或任何其它给定数目的编码值)的有限范围。以下等式定义了较高温度矩阵/图像的线性映射等式
像素输出＝255×(温度输入-温度阈值/温度最大-温度阈值)
由此通过使用以上等式来计算重新缩放的温度矩阵的每个像素值像素输出或图像元素值。每个像素像素输出基于较高温度矩阵中的相同位置处的对应输入温度温度输入来计算。在上述等式中，温度阈值是温度阈值(在此情况下为80℃)，并且温度最大是热相机5的最高温度。除法运算给出了0至1之间的值，并且通过将其乘以255，达到所需的范围。所得到的修改或处理的较高温度图像部分以及其直方图分别如图7和图8中所示。应注意，图7的图像的图8的直方图仅仅是为了说明的目的而示出的，但是所述直方图的生成是任选的，并且在所提出的方法中不使用。此外，图8中所示的直方图显示了少于256个直方图图条，因此是实直方图的简化版本。
下面将更详细地解释所述着色过程。在此过程中，获取经处理的较低温度和较高温度图像部分，其在此实例中为8位灰度、黑白或单色图像(即，以8位编码每个像素)，然后获取颜色图像，其在此实例中为24位图像(即，以24位编码每个像素)。对其它黑白单变量信息进行着色的过程被称为伪着色。数据可视化理论定义了包括在图像中的两类信息：度量(或值)，其表示存储在每个点处的量，以及表示表面的形状和结构的形状。
如前所述，第一色图用于最大化形状感知(场景的细节和轮廓)。为此，第一色图被选择为包含一种颜色的值的单色色图。第一色图是在明度和色度上单调变化的一系列颜色值。在颜色理论中，明度可以被认为是颜色或颜色空间的亮度感知的变化的表示。明度与相对光度有直接关系(与光度的定义相同，但是限于值[0,100])。色度是感知特定像素或图像元素的“颜色”的定义，而与光度无关。第一色图可以在视觉上显示为包含给定数目的连接色点(在此实例中为256个)的线，每个色点具有不同的颜色值。在此实例中，当朝向第一色图的右端移动时，第一色图中的颜色的明度或亮度变得更亮。在本实例中，为第一色图选择的颜色是蓝色，但是也可以替代地选择任何其它合适的颜色。因此，此实例中的第一色图包含256个不同的蓝色值，用于对经处理的较低温度图像进行着色。应注意，在此实例中，第一和第二色图中的每个颜色值由三个颜色通道分量来定义，每个颜色通道分量用8位定义。然后，用第一色图对经处理的较低温度灰度图像进行着色，以获得经过着色和处理的较低温度图像。所述图像的灰度版本在图9中示出。
第二色图用于最大化度量数据值估计，即，用户估计图像特定部分的值(此处是温度)的能力。这是通过使第二色图中的感知上不同的色扇区(最小可觉差(JND))的数目最大化来实现的，但是所有的颜色共享相似的视觉重要性。据估计，在消防应用中，在80℃至680℃之间的温度范围内，可接受大约±10℃的近似值。这对应于60个单独的色扇区。同样，第二色图可以由包含给定数目的连接色点(在此实例中为256个)的线来表示，每个色点具有不同的颜色值。在此实例中，第二色图建立在4个不同的主色周围，并且在这些颜色之间线性内插，以实现JND>60的方式进行选择。在此实例中，这些主色从左到右为白色、黄色、橙色和红色。图10中示出了经过着色和处理的较高温度图像的灰度版本。此图像是通过利用第二色图对经处理的较高温度灰度图像进行着色而获得的。
第一和第二色图可以被组合以获得如图11中所示的由第一和第二色图组成的嵌套的或组合的色图，第一色图是嵌套的色图的左半部，而右半部是第二色图。在此实例中，第一和第二色图以此类方式连接，使得第一和第二色图的连接色值具有基本上相同的色度和明度值。应注意，不必物理地连接或组合第一和第二色图，但是优选地，第一色图的一端的色值具有与第二色图的一端的色值相同的明度和色度值，以提供两个色图之间的无缝链接，从而避免图像中的伪影。第一和第二色图可以说是静态的，因为它们对于多个热帧保持不变，例如在一个或多个由一组连续图像帧组成的视频的整个持续时间内。
然后使用图12中所示的阿尔法蒙板组合或混合两个色图。作为与原始温度矩阵相同大小的二进制图像或矩阵的阿尔法蒙板从原始热帧导出，使得高于阈值温度的温度值被给予第一值，而小于或等于阈值温度的温度值是不同的第二值。更具体地，阿尔法蒙板的图像元素或像素值为0或1。在此实例中，无论原始热帧中的温度值高于温度阈值，在此实例中为80℃，阿尔法蒙板的像素值为1。阿尔法蒙板中的其它像素值被设定为0。阿尔法蒙板指示经过着色和处理的较高温度图像应该如何叠加在经过着色和处理的较低温度图像上。换句话说，阿尔法蒙板中的值1指示经过着色和处理的较高温度图像应替换经过着色和处理的较低温度图像的像素的像素位置。代替替换像素，可以从着色的较低和较高温度图像开始，获得作为全新图像的混合图像。图13示出了最终混合色图的灰度版本。
接下来更详细地解释自动亮度或发光度控制过程。显示器的发光度以及其对应的光度适于背景的光度，使得可见背景和热覆盖信息都是可理解的。发光度被定义为由整个显示模块发射的总光，并且更具体地是由背光驱动发射的总光。另一方面，光度由在以给定视角看表面(背景或显示器)时人眼检测到多少光能来定义。它定义了表面看起来有多亮。如果期望屏幕总是呈现“相等”的亮度，则显示器和背景需要保持固定的光度比。通过使用显示器9和前视发光度传感器7中的集成或单独的背光来实现发光度或光度调适。为了为它们的关系找到正确的参数，首先表征显示器9和发光度传感器7。
·对于显示器9，在各种背光强度下使用分光辐射度计。目标是测量整体的显示器透射率，在固定的背光等级的所有单个显示颜色的光度值以及所有可能的背光等级的变化的光度。
·发光度传感器7是预先校准的，或如果需要，通过使用可信任的光源以及具有已知半透明特性的滤色器来执行表征。以此方式，可以建立传感器在不同光级对不同颜色的响应。
除了维持显示光度与场景光度的正确比率的目标之外，自动亮度控制还可任选地负责取决于场景(图像)的信息值调适显示器的光度。此值可以由原始热帧的总动态范围确定。低动态范围通常意味着具有较低信息值的最终热图像，例如当用户直接观看仅具有非常有限的温度范围的墙壁时。在这些情况下，显示器的光度(或亮度)适于使显示器或显示的图像看起来更透明。场景信息值被计算为保持在[0：1]范围内。
如果考虑场景光度和场景信息值，则自动亮度控制受限于四个单独的阈值：
·绝对下限阈值背光低，在所述阈值下显示器背光驱动值不减小；
·绝对上限阈值背光高，显示器背光驱动值不增加超过所述阈值；
·低比率阈值比率低，其是显示光度与场景光度的固定比率，并且对应于低场景信息值，所述值是通常略高于0的值。低比率阈值比率低可以根据经验选择并且可以是在1至1.4之间的值，或更具体地是在1.1至1.3之间的值，例如1.2；以及
·上比率阈值比率高，其是显示光度与场景光度的固定比率，并且对应于正常场景信息值，所述值是通常等于或略低于1的值。上发光度比率阈值比率高可以根据经验选择，并且可以是1.8至2.2之间的值，或更具体地是1.9至2.1之间的值，例如2。
在下面的算法2中描述了根据一个实例的全自动亮度控制算法。首先通过将场景场景值与比率上限阈值比率高相乘来计算目标光度比光度比率(显示光度除以场景光度)。然后确定所获得的值是否在比率下限阈值比率低的下方，并且如果是，则将光度比率设定为此阈值。然后通过将光度比率乘以所测量的场景光度光度场景来计算屏幕光度光度屏幕。现在将屏幕光度与两个绝对阈值背光低和背光高进行比较，并且如果屏幕光度将低于背光低或高于背光高，则将其设定为这些边界值中的一个。根据此实例，光度比率取决于场景信息值而变化。在此实例中，介于下阈值与上阈值之间的场景信息值导致线性增加的显示器背光驱动值。
Figure BDA0002531362870000161
图14的流程图概括了所提出的在透视显示器9上显示不可见信息的方法。在步骤101中，通过使用热相机5获得原始热帧。换句话说，热相机5可以将原始热帧用作具有高动态范围DRH的温度矩阵。在步骤103中，从在步骤101中获得的原始温度矩阵生成大小和形状与原始温度矩阵相同的三个矩阵：
·较低温度矩阵TML包含低于或等于温度阈值的所有温度值，其它温度值设定为0；
·较高温度矩阵TMH包含温度阈值以上的所有温度值，其它温度值被设定为0；
·阿尔法蒙板，映射或矩阵TMA的矩阵值对于所有的TMH的非零值被设定为1，而对于其它矩阵元素值被设定为0。
在步骤105中，生成用于较低温度矩阵的被称为输入直方图的直方图。在步骤107中，如上所述对输入直方图进行均衡以获得经均衡的输出直方图。在步骤109中，从均衡的直方图和从较低温度矩阵TML生成对比度增强的较低温度灰度图像。因此，在步骤105、107和109中，通过使用直方图均衡技术将较低温度矩阵TML非线性地映射到具有短动态范围DRS的较低温度灰度图像。此过程还导致获得经修改的较低温度矩阵，使得可以从经修改的较低温度矩阵导出较低温度图像。在步骤111中，通过使用第一色图对较低温度灰度图像进行着色，以获得较低温度颜色图像CL。
在步骤113中，将较高温度矩阵TMH线性映射到具有短动态范围DRS的较高温度灰度图像。这涉及获得经修改的较高温度矩阵，使得可以从经修改的较高温度矩阵导出较高温度灰度图像。在步骤115中，通过使用第二色图对较高温度灰度图像进行着色，以获得较高温度颜色图像CH。
在步骤117中，使用阿尔法映射TMA以混合颜色图像CH和CL，以获得具有以下公式CF＝CL+TMA*CH的组合颜色图像CF。在步骤119中，经组合的颜色图像CF被无线地或通过电缆传输到显示器9。在步骤121中，基于从原始输入热帧和/或发光度传感器输入值导出的场景信息值来确定显示器背光驱动的值。在步骤123中，组合的颜色图像CF被显示在透视显示器9上，其中显示器背光驱动器被设定为在步骤121中确定的值。
虽然已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是此类说明和描述被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施例。当基于对附图、公开内容和所附权利要求的研究实施要求保护的本发明时，本领域技术人员可以理解和实现其它实施例和变型。例如，代替使用如上所述的直方图均衡技术，可以使用增强对比度的任何其它过程来处理较低温度图像部分。因此，可以使用任何合适的标准直方图均衡技术来代替上述技术。
在权利要求书中，词语“包含”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载不同特征的事实并且不表示不能有利地使用这些特征的组合。

Claims (15)

1.一种在透视显示器(9)上显示图像的方法，所述方法包含：
获得(101)对象的电磁辐射的第一矩阵，所述第一矩阵包含表示所述对象的对应位置的辐射强度值的第一矩阵元素；
将所述第一矩阵划分(103)成第二矩阵和不同的第三矩阵，所述第二矩阵表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的第一子集，所述第三矩阵表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的不同的第二子集；
生成(105)所述第二矩阵的第一直方图；
均衡(107)所述第一直方图以获得均衡的第二直方图；
从所述第二矩阵和所述均衡的第二直方图生成(109)表示所述辐射强度值的所述第一子集的第一灰度图像；
用第一色图对所述第一灰度图像进行着色(111)以获得第一颜色图像；
通过将所述辐射强度值的所述第二子集基本线性地映射到给定数目的编码辐射强度值，生成(113)表示辐射强度值图像的所述第二子集的第二灰度图像；
用不同于所述第一色图的第二色图对所述第二灰度图像进行着色(115)，以获得第二颜色图像；
组合(117)所述第一颜色图像和所述第二颜色图像，以获得大小和形状与所述第一颜色图像或所述第二颜色图像相同的组合颜色图像；以及
在所述透视显示器(9)上显示(123)所述组合颜色图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二矩阵的所述辐射强度值等于或低于阈值并且所述第三矩阵的所述辐射强度值高于所述阈值，或反之亦然。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射是热辐射。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述第一色图和所述第二色图分别定义第一颜色查找表和第二颜色查找表，使得所述第一颜色查找表和所述第二颜色查找表各自包含n个不同的颜色值，其中n等于编码辐射强度值的所述给定数目。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二色图的所述n个不同的颜色值各自对于人眼能够单独分辨。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述第一色图包含颜色值，所述颜色值的明度值和色度值从所述色图的第一端到所述色图的相对的第二端基本线性地增大。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述第一色图的一端处的第一颜色值具有第一明度值和第一色度值，而所述第二色图的一端处的第二颜色值具有第二明度值和第二色度值，并且其中，所述第一明度值与所述第二明度值基本相同，并且所述第一色度值与所述第二色度值基本相同。
8.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述第一色图是单色色图，而所述第二色图是多色色图。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述对象对于所述人眼是不可见的。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包含生成大小和形状与所述第一矩阵相同的二元第四矩阵，其中，所述第四矩阵包含第四矩阵元素，对于所述第三矩阵的每个非零值，所述第四矩阵元素被设定为1，并且其它第四矩阵元素被设定为0，反之亦然，并且使用所述第四矩阵来组合所述第一颜色图像和所述第二颜色图像。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述第一直方图包含第一直方图图条，而所述第二直方图包含第二直方图图条，并且其中，均衡所述第一直方图包含将所述第一直方图图条的图像元素分配到所述第二直方图图条，使得单个第一直方图图条的所有所述图像元素被分配到一个第二直方图图条，使得一旦发生以下事件中的至少一个，就停止用所述第一直方图图条的所述图像元素填充特定的第二直方图图条：
所述特定的第二直方图图条中的图像元素的数目达到第二阈值；以及
用于填充所述特定的第二直方图图条的多个不同的第一直方图图条达到第三阈值。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包含基于所述第一矩阵的对象背景光度和/或信息内容来调适(121)所述透视显示器(9)的所述光度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法进一步包含确定所述对象背景光度并且保持“显示光度”与“对象背景光度”的比率基本恒定。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法进一步包含确定所述对象背景光度，以及取决于所述第一矩阵的所述信息内容，使“显示光度”与“对象背景光度”的比率在较低阈值和较高阈值之间变化，其中，所述较低阈值对应于低信息内容，而所述较高阈值对应于正常信息内容。
15.一种用于在透视显示器(9)上显示图像的成像系统，所述系统包含用于进行以下操作的装置：
获得对象的电磁辐射的第一矩阵，所述第一矩阵包含表示所述对象的对应位置的辐射强度值的第一矩阵元素；
将所述第一矩阵划分成第二矩阵和不同的第三矩阵，所述第二矩阵表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的第一子集，所述第三矩阵表示所述矩阵元素的所述辐射强度值的不同的第二子集；
生成所述第二矩阵的第一直方图；
均衡所述第一直方图以获得均衡的第二直方图；
从所述第二矩阵和所述均衡的第二直方图生成表示所述辐射强度值的所述第一子集的第一灰度图像；
用第一色图对所述第一灰度图像进行着色，以获得第一颜色图像；
通过将所述辐射强度值的所述第二子集基本线性地映射到给定数目的编码辐射强度值，生成表示辐射强度值图像的所述第二子集的第二灰度图像；
用不同于所述第一色图的第二色图对所述第二灰度图像进行着色，以获得第二颜色图像；
组合所述第一颜色图像和所述第二颜色图像，以获得大小和形状与所述第一颜色图像或所述第二颜色图像相同的组合颜色图像；以及
在所述透视显示器(9)上显示所述组合颜色图像。
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