CN112837312A - 一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统 - Google Patents

一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统，该方法包括：基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；基于图像质量评价函数评价融合前后的图像并定量判断图像质量的提升结果。该系统包括：拍摄模块、融合模块和评价模块。通过使用本发明，利用偏振成像技术，通过图像融合对红外热成像仪的图像进行修正，从而在不大幅度提升成本的情况下提高图像质量。本发明作为一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统，可广泛应用于图像质量提升技术领域。

Description

一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统
技术领域
本发明涉及图像质量提升领域，尤其涉及一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统。
背景技术
红外热成像技术自20世纪初开始不断发展，到目前为止已有较为成熟的成像技术，红外热成像仪也已经在国内外进入市场并大量投入生产，目前传统红外热成像仪分辨率普遍较低，目前有科研人员尝试将偏振成像技术于红外热成像仪结合以提高成像质量，但是相比较而言，偏振成像技术则发展得较晚，因此到目前为止还没有形成一套比较成熟的成像系统，并且不具备配套的评价标准，难以通过简单方法进行客观评价。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法及系统，利用偏振成像技术，通过图像融合、对红外热成像仪的图像进行修正，从而在不大幅度提升成本的情况下提高图像质量。
本发明所采用的第一技术方案是：一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，包括以下步骤：
基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果。
进一步，所述基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像这一步骤，其具体包括：
不加偏振片并基于商品级红外热成像仪拍摄无偏振图像；
添加偏振片并按照预设角度逐次旋转偏振片后基于商品级红外热成像仪拍摄不同偏振方向的图像；
得到多个不同偏振方向的图像。
进一步，所述对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合后的图像这一步骤，其具体包括：
将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像；
将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像；
对分量的融合图像进行逆变换，得到融合图像。
进一步，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
对不同偏振方向的图像进行非下采样金字塔分解，得到不同频段的图像；
基于多方向滤波器对各层中的高频图像进行多方向滤波，分解得到各层图像的高频方向图像；
根据各层图像的高频方向图像得到分量图像。
进一步，所述将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像这一步骤，其具体包括：
计算分量图像中各层图像的显著性值，并得到图像的显著性值矩阵F；
对所有显著性值矩阵F按照预设规则处理，将显著性值矩阵F中每个元素的值均在区间[0，1]中；
根据显著性值矩阵F将分量图像中对应层的图像分别进行融合；
对各层图像完成融合后，得到一组新的分量的融合图像。
进一步，所述基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果这一步骤，其具体包括：
明确待评价图像，包括无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像；
依次计算无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像中各个图像的对比度参数，得到评分；
根据评分归纳融合图像相比于无偏振图像的提升结果。
进一步，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
基于高斯核对不同偏振方向的图像进行n次高斯模糊处理，得到由(n+1)张不同大小的图像组成高斯金字塔；
对高斯金字塔的各层图像按照预设规则进行插值膨胀处理，得到n层预测图像；
将n层预测图像与高斯金字塔中相同大小的图像作差，得到由n张差值图像组成的拉普拉斯金字塔；
将高斯金字塔中最小的一层图像作为拉普拉斯金字塔的第(n+1)张图像；
根据拉普拉斯金字塔内的图像得到分量图像。
本发明所采用的第二技术方案是：一种提高偏振红外热成像仪图像质量的系统，包括：
拍摄模块，基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
融合模块，用于对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
评价模块，基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果。
本发明方法及系统的有益效果是：本发明应用了NSST分解方法，避免了图像分解中采样过程导致的信息丢失，基于频域的剪切波变换分解，能够处理更加细节的图像信息，使得图像融合更加精密，此外，由于参数可调节，可以根据不同需要对融合精度进行修正。
附图说明
图1是本发明一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法的步骤流程图；
图2是本发明一种提高偏振红外热成像仪图像质量的系统的结构框图；
图3是本发明具体实施例拍摄不同偏振方向的图像的装置图；
图4是本发明具体实施例图像分解融合的示意图；
图5是应用本发明方法得到的结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
本发明依托于较为成熟的红外热成像系统，利用偏振成像技术，通过图像融合等计算机算法对红外热成像仪的图像进行修正，从而在不大幅度提升成本的情况下提高图像质量。并通过一些图像性质描述性参数，如对比度、信息熵等，对图像质量做出评价。
参照图1，本发明提供了一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，该方法包括以下步骤：
基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果。
进一步作为本方法的优选实施例，所述基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像这一步骤，其具体包括：
不加偏振片并基于商品级红外热成像仪拍摄无偏振图像；
添加偏振片并按照预设角度逐次旋转偏振片后基于商品级红外热成像仪拍摄不同偏振方向的图像；
具体地，将0°～360°均分为n份，计算
Figure BDA0002959068130000041
加上偏振片，并旋转偏振片，使得α依次取kΔα，(k＝0、1、……、n-1)，每次旋转偏振片时拍照，将数据存入存储设备中，具体装置图参照图3。
得到多个不同偏振方向的图像。
进一步作为本方法的优选实施例，参照图4，所述对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合后的图像这一步骤，其具体包括：
将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像；
将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像；
对分量的融合图像进行逆变换，得到融合图像。
具体地，对融合后的新分量图像依据NSST分解规则，逆变换得到最终融合图像。
进一步作为本方法的优选实施例，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
对不同偏振方向的图像进行非下采样金字塔分解，得到不同频段的图像；
基于多方向滤波器对各层中的高频图像进行多方向滤波，分解得到各层图像的高频方向图像；
根据各层图像的高频方向图像得到分量图像。
具体地，采用NSST变换对原始图像进行分解，运用Matlab软件基于图像单个像素进行处理，首先自定义分解层数n+1与NSST参数(核边长与逐层方向数量)。然后对图像进行非下采样金字塔分解。对n层高频图像进行快速傅里叶变换，进入频域处理，并对每层高频频域图像应用不同方向的非下采样剪切波滤波器，快速傅里叶逆变换后得到处理后的若干方向分量，以上高频分量与低频原图像可以直接应用到融合中。
进一步作为本方法优选实施例，所述将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像这一步骤，其具体包括：
计算分量图像中各层图像的显著性值，并得到图像的显著性值矩阵F；
具体地，对于每一张图像，将其每个像素点的显著性值定义为：
Figure BDA0002959068130000042
其中g(x,y)为图像中坐标为(x,y)的像素点所具有的灰度值。
对所有显著性值矩阵F按照预设规则处理，将显著性值矩阵F中每个元素的值均在区间[0，1]中；
具体地，对所有显著性值矩阵F进行一定的数学处理：依次取k组图像中对应层的两张图像的显著性值矩阵F1、F2……Fk，比较这k个矩阵的所有元素并找出最大值fmax(有且仅有一个)，对k个显著性值矩阵进行操作：
F1＝F1÷fmax
F2＝F2÷fmax
Fk＝Fk÷fmax
即可保证矩阵F中每个元素的值均在区间[0，1]中。
记k张对应图像的灰度值矩阵为G1、G2……Gk，显著性值矩阵为F1、F2……Fk，令Gsum＝G1+G2+……+Gk，融合后图像的灰度值矩阵为G’，则有：
Figure BDA0002959068130000051
根据显著性值矩阵F将分量图像中对应层的图像分别进行融合；
对各层图像完成融合后，得到一组新的分量的融合图像。
进一步作为本方法优选实施例，所述基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果这一步骤，其具体包括：
明确待评价图像，包括无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像；
依次计算无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像中各个图像的对比度参数，得到评分；
根据评分归纳融合图像相比于无偏振图像的提升结果。
具体地，实验结果图参照图5，a表示无偏振图像，b表示60°偏执图像，c表示120°偏执图像，d表示前几张图像的融合图像，融合图像的对比度比融合前图像都要高。
进一步作为本方法优选实施例，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
基于高斯核对不同偏振方向的图像进行n次高斯模糊处理，得到由(n+1)张不同大小的图像组成高斯金字塔；
对高斯金字塔的各层图像按照预设规则进行插值膨胀处理，得到n层预测图像；
将n层预测图像与高斯金字塔中相同大小的图像作差，得到由n张差值图像组成的拉普拉斯金字塔；
将高斯金字塔中最小的一层图像作为拉普拉斯金字塔的第(n+1)张图像；
根据拉普拉斯金字塔内的图像得到分量图像。
如图2所示，一种提高偏振红外热成像仪图像质量的系统，包括：
拍摄模块，基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
融合模块，用于对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
评价模块，基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
基于图像质量评价函数评价融合前后的图像并定量判断图像质量的提升结果。
2.根据权利要求1所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像这一步骤，其具体包括：
不加偏振片并基于商品级红外热成像仪拍摄无偏振图像；
添加偏振片并按照预设角度逐次旋转偏振片后基于商品级红外热成像仪拍摄不同偏振方向的图像；
得到多个不同偏振方向的图像。
3.根据权利要求2所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像这一步骤，其具体包括：
将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像；
将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像；
对分量的融合图像进行逆变换，得到融合图像。
4.根据权利要求3所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
对不同偏振方向的图像进行非下采样金字塔分解，得到不同频段的图像；
基于多方向滤波器对各层中的高频图像进行多方向滤波，分解得到各层图像的高频方向图像；
根据各层图像的高频方向图像得到分量图像。
5.根据权利要求4所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述将分量图像按层进行融合，得到分量的融合图像这一步骤，其具体包括：
计算分量图像中各层图像的显著性值，并得到图像的显著性值矩阵F；
对所有显著性值矩阵F按照预设规则处理，使得显著性值矩阵F中每个元素的值均在区间[0，1]中；
根据显著性值矩阵F将分量图像中对应层的图像分别进行融合；
对各层图像完成融合后，得到一组新的分量的融合图像。
6.根据权利要求5所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述基于图像质量评价函数评价融合前后的图像并定量判断图像质量的提升结果这一步骤，其具体包括：
确定待评价图像，包括无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像；
依次计算无偏振图像、不同偏振角度的图像和融合图像中各个图像的对比度参数，得到评分；
根据评分归纳融合图像相比于无偏振图像的提升结果。
7.根据权利要求3所述一种提高偏振红外热成像仪图像质量的方法，其特征在于，所述将不同偏振方向的图像分别进行多尺度分解，得到对应数量的分量图像这一步骤，其具体包括：
基于高斯核对不同偏振方向的图像进行n次高斯模糊处理，得到由(n+1)张不同大小的图像组成高斯金字塔；
对高斯金字塔的各层图像按照预设规则进行插值膨胀处理，得到n层预测图像；
将n层预测图像与高斯金字塔中相同大小的图像作差，得到由n张差值图像组成的拉普拉斯金字塔；
将高斯金字塔中最小的一层图像作为拉普拉斯金字塔的第(n+1)张图像；
根据拉普拉斯金字塔内的图像得到分量图像。
8.一种提高偏振红外热成像仪图像质量的系统，其特征在于，包括以下模块：
拍摄模块，基于商品级红外热成像仪和偏振片拍摄不同偏振方向的图像；
融合模块，用于对不同偏振方向的图像进行融合，得到融合图像；
评价模块，基于图像质量评价函数评价融合图像并定量判断图像质量的提升结果。
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