[发明专利]一种气体红外图像的热调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体红外图像的热调制方法，适用于基于红外成像技术的气体成像检漏，属于气体检测领域。

背景技术

多数危险气体是无色无味的，气体泄漏时人很难直接通过视觉或嗅觉觉察到，这给人民的生命财产安全造成了巨大隐患。

1985年Strachan等人用一个353K(80℃)的黑体作为背景，观察到从管道里喷出的丁烷气体，首次实现了气体泄漏的红外成像。被动式气体成像属于一个新兴且蓬勃发展的领域。

英国的Jennifer在1995年提出结合中值滤波和递归滤波的自适应时域滤波法，该方法在噪声水平不高时可达到较好的效果。

被动式气体成像技术使用中波或长波红外成像技术可视化气体对3~14μm波段红外辐射的吸收，同时采用图像处理技术改善图像质量，是一种快速的以人眼观察为主的定性检测技术，是定量气体浓度检测技术（如气体传感器）和气体种类辨别技术（如红外光谱仪）的有益补充。但是被动式气体成像系统完全依赖于自然环境的红外辐射，由于缺少主动的红外照明，所获得的气体红外图像往往亮度暗、对比度差，由于后期需要通过图像来对定量气体进行定性检测，因此图像的质量往往影响到气体的检测结果。

而现有对红外气体图像的处理技术中，仅仅使用常用的图像增强的方法，如伽马变换、图像锐化处理等处理方法，由于气体特殊属性，其红外气体图像往往存在气体扩散区域大、扩散气体和背景图像对比度不强的特性，因此适用于普通的图像增强的图像处理方法，在用于对红外气体图像进行增强处理时往往不能够达到预想的增强效果。

发明内容

针对上述气体红外图像和现有处理算法的缺陷，本发明的目的是为解决气体红外图像亮度暗、气体扩散区域和背景图像对比度低的问题，提出一种气体红外图像的热调制方法，提升单幅气体红外图像的整体亮度，增强气体扩散区域和背景图像的对比度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种气体红外图像的热调制方法，包括以下步骤：

步骤一、气体红外图像为I，I的亮度均值为Y_mean；

令T为阈值，T＝sc×Y_mean，sc是可调节系数，0＜sc＜1；

使用阈值T对图像I进行分割，得到低亮度区间(0,T)和高亮度区间为(T，255)；

步骤二、选择亮度节点node，node>Y_mean，将低亮度区间(0,T)进行灰度拉伸，低亮度区间变为（0,node），将所述的高亮度区间为(T，255)进行灰度拉伸，高亮度区间变为(node,255+node)；则图像I的灰度区间为（0，255+node)，将图像I的灰度区间转换到(0，255）区间，得到处理后的图像I′；

步骤三、将步骤二处理后的图像I′的图像数据的灰度进行归一化，对归一化后的图像I′进行伽马变换，得到最终图像。

优选的，可调节系数sc=0.9。

进一步地，亮度节点node的设定方式如下：调节亮度节点node的大小，node取不同值时，观察图像I′中气体扩散区域和背景区域的对比度，以对比度最大时的node取值作为亮度节点node。

本发明产生的有益效果是：

本发明在对气体红外图像进行亮度提升和对比度增强方面，相对于以往的气体成像检测方法，具有以下优势：

(1)现有技术使用基本灰度变换方法，虽然有一定的对比度增强效果，但是因为脱离气体红外图像本身的特点，因此不能有效地增强气体扩散区域和背景图像的对比效果。本发明以气体扩散区域和背景图像的亮度差异为基础，并有效地增强此差异。

(2)现有技术对气体泄漏的成像检测，只适合泄漏量较大的场合。本发明结合针对不同亮度区间的线性拉伸和针对完整亮度区间的伽马变换方法，可有效地检测气体泄漏量较小的场景，有效增强气体红外图像的对比度。

附图说明

图1为本发明气体红外图像的热调制方法的流程图；

图2(a)CO气体图像;

(b)SF₆气体图像;

图3(a)CO气体图像拉伸结果;

(b)SF₆气体图像拉伸结果；

图4(a)CO气体热调制;

(b)SF₆气体热调制.

具体实施方式