[发明专利]红外热图数字信号处理系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外热成像技术领域，特别是涉及一种红外热图的数字信号处理(FPGA实现)等技术。

背景技术

目前大多数的红外热成像系统，红外探测器输出的模拟信号，经过前端A/D转换得到14bit的数字信号，进入数字信号处理模块，转换成8bit的灰度信号，再由视频解码模块产生标准电视信号输出到监视器。

为了将高比特大动态范围的输入信号变成符合人眼观察习惯的256级灰度信号，数字信号处理模块需要实时、快速地进行数字信号的压缩/拉伸、溢出/截止处理、亮度偏移、增益调整等操作，才能将高比特大动态范围的输入信号变成符合人眼观察习惯的图像信号。

现有的技术之一，是基于通常情况下上当前帧图像之间存在连续性的这一特点，以上一帧图像各个点AD值(数字化能量值)的累计平均值来作为当前帧图像亮度偏移的参考。

现有的技术之二，是基于直方图统计的图像均衡化技术，通过统计上一帧图像各个灰度级的像素个数，得到分布曲线，输出时将没有像素数的灰度级或者像素数很少的灰度级压缩、像素数多的灰度级拉伸，实现图像增强。

然而，这两种现有技术存在以下缺点：

针对现有技术一，当场景中出现小面积比平均值高很多的亮目标时，AD值的累计和会大幅增加，而使当前帧图像的亮度下降较多，甚至将其他大面积的目标完全压黑，而影响目标的观察。

针对现有技术二，在图像增强的同时，也提升了背景和噪声，甚至使一些像素数少的“关键目标”被淹没，目标的边缘像素点也会被合并，从而使图像细节丢失。

发明内容

本发明用以解决当场景发生较大变化时，红外热图像适应性不佳而影响目标观察的问题。

具体而言，针对现有技术一和二的上述不足，本发明提供一种能够结合两者优点并具有较佳场景适应性的红外热图数字信号处理系统及方法，其针对上一帧图像的不同等级的AD值作差别权重累加，保证图像的整体亮度不受局部过亮、过暗目标的影响，同时结合直方图统计技术，将超出线性范围的亮、暗目标进行灰度值偏移，压缩至线性范围内，保留亮、暗目标的细节。

为实现上述目的，本发明提供一种红外热图数字信号处理系统，其包括设置在红外热像仪上的FPGA芯片，用以对由红外热像仪拍摄的多帧红外热图的数字信号进行处理，该FPGA芯片包括：图像处理模块，在帧逆程中，对表示当前帧图像的原始直方图曲线分布的原始直方图数据进行差别权重累加处理，以滤除过亮或过暗的像素，并将经该图像处理模块在上一个帧逆程中处理后的上一帧图像的灰度值数据输送至该图像输出模块；以及图像输出模块，与该图像处理模块连通，在帧正程中，对所接收的上一帧图像的灰度值数据进行多段折线式灰度偏移处理，以针对亮度偏亮或偏暗的灰度值数据进行不同程度的灰度偏移，并输出经多段折线式灰度偏移处理后的上一帧图像的灰度值数据。

根据本发明的实施例，该图像处理模块对该原始直方图数据进行的差别权重累加处理包括：找出像素个数占总像素个数2％的具有最大灰度值的像素中的最小灰度值作为总像素的最大灰度值，即在该直方图中从最大灰度值的像素点开始往下累加像素个数，直到累加的像素个数占总像素个数的2％为止，此时对应的灰度值为总像素的最大灰度值Xmax找出像素个数占总像素个数2％的具有最小灰度值的像素中的最大灰度值作为总像素的最小灰度值，即在该直方图中从最小灰度值像素点开始往上累加像素个数，直到累加的像素个数占总像素个数的2％为止，此时对应的灰度值为总像素的最小灰度值Xmin；以及将大于Xmax的所有像素的灰度值压缩为255，以及将小于Xmin的所有像素的灰度值压缩为0。