本發(fā)明涉及圖像增強(qiáng)，具體提供一種可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)：

1、紅外波段圖像探測(cè)器，直接對(duì)物體的紅外輻射能量感知成像，不受光照條件限制，且在能見度較差的觀測(cè)條件下具有一定的穿透能力，因此紅外成像設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。原始紅外圖像一般為14位灰度圖像，而圖像的顯示一般為8位灰度圖像。因此，紅外圖像的成像顯示一般需要14位轉(zhuǎn)8位的拉伸增強(qiáng)處理。紅外圖像的實(shí)時(shí)增強(qiáng)處理，除了保證單幀圖像具有較高的對(duì)比度，還應(yīng)考慮處理算法的實(shí)時(shí)性和圖像序列幀間增強(qiáng)效果的連貫性。

2、現(xiàn)有圖像增強(qiáng)技術(shù)通常有兩類方法：頻率域法和空間域法。頻域法，就是在圖像的某種變換域中（通常是頻率域）對(duì)圖像的變換值進(jìn)行某種運(yùn)算處理，然后再變換回空間域。由于頻域法需要涉及兩次變換域的轉(zhuǎn)換，計(jì)算量一般較大，隨著成像設(shè)備圖像分辨率越來越高，常規(guī)的頻域法漸漸難以滿足實(shí)時(shí)處理要求?？臻g域法，主要是在空間域中對(duì)圖像像素灰度值直接進(jìn)行處理運(yùn)算，因此在實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)處理中，空間域法應(yīng)用較多。

3、典型的空間域增強(qiáng)方法主要有線性變換法、非線性變換法、直方圖法以及相關(guān)的衍生算法。線性變換法，各灰度級(jí)保持相同的變化率，難以突出部分重要灰度細(xì)節(jié)；其衍生的分段線性變換法，雖然可以對(duì)需要觀察的灰度級(jí)范圍進(jìn)行突出處理，但是一般需要對(duì)各個(gè)分段的灰度級(jí)點(diǎn)進(jìn)行人工設(shè)置，適應(yīng)性差。非線性變換，典型的如對(duì)數(shù)變換、伽馬變換，一般是針對(duì)圖像已知的灰度級(jí)分布缺陷進(jìn)行有針對(duì)性的參數(shù)設(shè)定，靈活性差。典型的直方圖均衡化法，可以實(shí)現(xiàn)圖像中各個(gè)灰度級(jí)的均衡呈現(xiàn)，但是往往會(huì)造成無用灰度級(jí)和干擾噪聲的放大。

4、灰度等間距密度均衡方法，也是一種直方圖增強(qiáng)方法，該方法的基本思想是首先去掉圖像中不存在或像素?cái)?shù)較少的灰度級(jí)，將其他有效灰度級(jí)在灰度映射空間內(nèi)重新進(jìn)行等間距重排，因而該方法在保證有效灰度級(jí)得以充分?jǐn)U展的同時(shí)，保持了原始圖像各灰度級(jí)的分布比例，因此該方法在紅外圖像實(shí)時(shí)增強(qiáng)中具有較好的表現(xiàn)。但是，該算法存在如下缺陷，當(dāng)圖像動(dòng)態(tài)范圍較窄時(shí)存在過度增強(qiáng)的問題，導(dǎo)致圖像背景噪聲的過度放大，影響觀測(cè)效果。

5、中國專利公布號(hào)為cn112991240a，公布日為2021年6月18日，專利名稱為“一種用于實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)的圖像自適應(yīng)增強(qiáng)算法”的發(fā)明專利申請(qǐng)，是以灰度等間距密度均衡方法為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)，其對(duì)于無效灰度級(jí)的閾值，提出了有效像素恒比例的閾值自動(dòng)計(jì)算方法，并對(duì)灰度級(jí)重排間隔進(jìn)行了上限限制，此外，為了防止可見圖像整體亮度變化較大的問題，提出了重排后的偏置補(bǔ)償計(jì)算。但該方法仍存在以下不足：

6、第一，有效像素恒比例的閾值自動(dòng)計(jì)算方法設(shè)計(jì)閾值的多輪迭代統(tǒng)計(jì)，較為耗時(shí)。

7、第二，灰度級(jí)重排間隔的上限設(shè)置脫離了圖像的實(shí)際灰度級(jí)統(tǒng)計(jì)分布，使增強(qiáng)效果的適應(yīng)性不足。

8、第三，對(duì)于紅外圖像，拉伸后的圖像背景一般為黑色，無需偏置補(bǔ)償計(jì)算，采用該專利方法進(jìn)行偏置補(bǔ)償計(jì)算對(duì)于紅外增強(qiáng)處理會(huì)造成不必要的計(jì)算冗余。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，以灰度等間距密度均衡技術(shù)為基礎(chǔ)，引入了部分灰度級(jí)填充策略，有效緩解了圖像增強(qiáng)過程中可能出現(xiàn)的過度拉伸現(xiàn)象，不僅能夠確保連續(xù)紅外圖像序列在實(shí)時(shí)增強(qiáng)過程中維持一致性的視覺效果，同時(shí)也顯著提升了單幀圖像的增強(qiáng)質(zhì)量。

2、本發(fā)明提供的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，包括：

3、s1：統(tǒng)計(jì)獲取待處理紅外圖像的灰度直方圖，并設(shè)定有效灰度級(jí)閾值th；

4、s2：灰度直方圖中像素?cái)?shù)小于有效灰度級(jí)閾值th的灰度級(jí)作為無效灰度級(jí)，將無效灰度級(jí)的像素?cái)?shù)設(shè)為0；

5、s3：計(jì)算紅外圖像的灰度均值，并通過下式確定灰度級(jí)填充范圍：

6、；

7、；

8、其中，表示需要進(jìn)行填充的起始灰度級(jí)，表示需要進(jìn)行填充的終止灰度級(jí)，表示預(yù)設(shè)的需要進(jìn)行填充的灰度級(jí)個(gè)數(shù)，n表示紅外圖像的位深；

9、灰度級(jí)填充范圍內(nèi)的每個(gè)灰度級(jí)填充預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)像素；

10、s4：將經(jīng)過s3處理后的紅外圖像進(jìn)行灰度等間距密度均衡處理，完成紅外圖像的增強(qiáng)變換。

11、優(yōu)選的，有效灰度級(jí)閾值th的取值區(qū)間為。

12、優(yōu)選的，依據(jù)下式灰度均值：

13、；

14、其中，表示未去除無效灰度級(jí)的灰度直方圖中第灰度級(jí)的像素?cái)?shù)，。

15、優(yōu)選的，s3中，按照下式對(duì)灰度級(jí)填充范圍內(nèi)的每個(gè)灰度級(jí)進(jìn)行填充：

16、；

17、其中，表示經(jīng)過s3填充像素后的灰度直方圖中第灰度級(jí)的像素?cái)?shù)，表示已去除無效灰度級(jí)的灰度直方圖中第灰度級(jí)的像素?cái)?shù)。

18、優(yōu)選的，像素?cái)?shù)的取值區(qū)間為。

19、優(yōu)選的，s4包括：

20、s41：在范圍內(nèi)，遍歷經(jīng)過s3填充像素后的灰度直方圖中的每個(gè)灰度級(jí)，根據(jù)每個(gè)灰度級(jí)對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)進(jìn)行灰度級(jí)排序映射，映射規(guī)則為：

21、；

22、其中，表示第灰度級(jí)排序映射后的灰度級(jí)序號(hào)；

23、s42：依據(jù)下式計(jì)算第灰度級(jí)排序映射后的映射灰度值p：

24、；

25、其中，表示等間距重排后的灰度級(jí)間隔，，m表示增強(qiáng)變換后的圖像位深，。

26、優(yōu)選的，紅外圖像的位深n=8。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠取得如下有益效果：

28、本發(fā)明以灰度等間距密度均衡增強(qiáng)技術(shù)為基礎(chǔ)，為了抑制低動(dòng)態(tài)范圍情況下過度增強(qiáng)的問題，在進(jìn)行等間隔重排前，首先在圖像灰度級(jí)均值附近進(jìn)行部分灰度級(jí)的填充，再進(jìn)行等間隔重排映射處理，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的過度拉伸問題，提高了增強(qiáng)后圖像的視覺一致性和連續(xù)性。

29、本發(fā)明適用性較好，在不同拍攝時(shí)段、不同天氣條件、不同拍攝場(chǎng)景（地面場(chǎng)景、空中場(chǎng)景及海天場(chǎng)景等）條件下，均能夠取得較為理想的紅外增強(qiáng)效果；對(duì)于連續(xù)的紅外圖像序列，能夠較好的避免圖像內(nèi)小范圍的局部變化對(duì)整體增強(qiáng)效果的干擾影響，具有良好的增強(qiáng)效果連貫性和抗干擾能力。

30、此外，本發(fā)明還具有運(yùn)算量小、時(shí)效性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于640×512分辨率的紅外圖像，其單幀處理時(shí)間低于1ms。

技術(shù)特征：

1.一種可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，所述有效灰度級(jí)閾值th的取值區(qū)間為。

3.如權(quán)利要求1所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，依據(jù)下式所述灰度均值：

4.如權(quán)利要求1所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，所述s3中，按照下式對(duì)所述灰度級(jí)填充范圍內(nèi)的每個(gè)灰度級(jí)進(jìn)行填充：

5.如權(quán)利要求4所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，像素?cái)?shù)的取值區(qū)間為。

6.如權(quán)利要求1所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，所述s4包括：

7.如權(quán)利要求1所述的可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，其特征在于，紅外圖像的位深n=8。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及圖像增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，具體提供一種可抑制過度拉伸的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)方法，首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者現(xiàn)有方法確定有效灰度級(jí)閾值，并去除紅外圖像灰度直方圖中像素?cái)?shù)低于閾值的灰度級(jí)；為了抑制低動(dòng)態(tài)范圍情況下過度增強(qiáng)的問題，在灰度均值附近選取灰度級(jí)填充范圍，將部分灰度級(jí)進(jìn)行像素填充，再對(duì)填充后的直方圖進(jìn)行灰度等間距密度均衡處理。本發(fā)明不僅具有傳統(tǒng)灰度等間距密度均衡技術(shù)的運(yùn)算量小、時(shí)效性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，還能夠解決傳統(tǒng)灰度等間距密度均衡技術(shù)存在的過度拉伸問題，避免了紅外圖像的背景噪聲被放大。

技術(shù)研發(fā)人員：張艷超,王曉明,高策,唐伯浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10