[发明专利]一种红外自适应非均匀性校正及细节增强级联处理方法有效

专利信息
申请号: 201510289628.2 申请日: 2015-05-29
公开(公告)号: CN104867122B 公开(公告)日: 2017-08-01
发明(设计)人: 金伟其;金明磊;李力;李亦阳;李硕 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: G06T5/40 分类号: G06T5/40
代理公司: 北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)11639 代理人: 王民盛
地址: 100081 北京市*** 国省代码: 北京;11
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摘要: 发明公开的一种红外自适应非均匀性校正及细节增强级联处理方法,涉及一种基于FPGA的红外自适应非均匀性校正及细节增强级联处理方法,属于红外成像技术领域。本发明在FPGA处理平台上实现自适应非均匀性校正及细节增强级联处理,所述的自适应非均匀性校正通过基于灰度相关的时域高通非均匀性校正算法实现,用于减小非均匀性漂移导致的噪声。所述的细节增强通过基于双平台直方图的双边滤波细节增强算法实现,用于提高红外图像细节清晰度。本发明基于FPGA硬件实现处理延迟小于20行,资源消耗少,并可减小或消除非均匀性漂移导致的噪声,提高红外图像清晰度和成像质量。本发明可应用于带有FPGA处理平台的红外成像系统中。
搜索关键词: 一种 红外 自适应 均匀 校正 细节 增强 级联 处理 方法
【主权项】:
一种红外自适应非均匀性校正及细节增强级联处理方法,其特征在于:具体实现包括如下步骤,步骤一:在FPGA处理平台实现基于灰度相关的时域高通非均匀性校正模块和实现基于双平台直方图的双边滤波细节增强模块;步骤二:通过基于灰度相关的时域高通非均匀性校正模块减小非均匀性漂移导致的噪声;步骤三:非均匀性校正后,通过基于双平台直方图的双边滤波细节增强模块提高红外图像清晰度;重复上述步骤一至三,处理每个探测元,直到完成整个红外图像的处理;所述的步骤二具体实现方法包括步骤2.1、2.2、2.3:步骤2.1:红外焦平面探测器单元的入射辐射经A/D转换为数字信号进入FPGA数字处理模块中,从SRAM中读取预校正偏置值,根据时域阈值条件对输入数字信号预校正,满足时域阈值条件时,用SRAM输出的偏置矩阵进行非均匀性预校正,不满足时域阈值条件时,预校正偏置为0;预校正方法为:yk(i,j,t)=zk(i,j,t)+bk-1(i,j,t)|zk(i,j,t)-zk-1(i,j,t)|<Tthzk(i,j,t)|zk(i,j,t)-zk-1(i,j,t)|>Tth]]>其中,zk(i,j,t)为温度t时第k帧探测元(i,j)入射辐射值,bk‑1(i,j,t)为温度t时第k‑1帧得到探测元(i,j)的加性非均匀,yk(i,j,t)为温度t时第k帧探测元(i,j)预校正结果,所述的时域阈值条件Tth为:Tth=d2·Zmax-Zmin100]]>其中,Zmax和Zmin探测器整幅图像灰度值的最大值和最小值,d2是空域阈值稀释系数,其数值范围为0.5~5;步骤2.2:根据预校正结果,由FPGA内部控制单元在行有效期间计算单帧的偏置估计值;用FPGA实现自适应选择滤波器,计算入射辐射的空域估计值;由FPGA内2×S级FIFO首尾级联形成的(2×S+1)×(2×S+1)空域均值滤波器的滤波窗口,由FPGA内部控制单元,在场消隐期间得到空域阈值,不满足空域阈值条件的像素不作为空域均值滤波的样本;所述的偏置估计方法为:x^k(i,j,t)=Σm=-ssΣn=-ssδ(i+m,j+n)·yk(i+m,j+n)Σm=-ssΣn=-ssδ(i+m,j+n)]]>b^k(i,j,t)-γk(i,j,t)-x^k(i,j,t)]]>其中,为温度t时第k帧探测元(i,j)入射辐射值估计值,(m,n)是窗口内像素距离中心像素(i,j)的距离,为温度t时第k帧探测元(i,j)偏置估计值,选择因子δ为:δ(i+m,j+n)=1|I(i+m,j+n)-I(i,j)|<Tsp0|I(i+m,j+n)-I(i,j)|>Tsp]]>其中,空域阈值条件Tsp为:Tsp=d1(αΣi=2MΣj=1N|yk(i,j,t)-yk(i-1,j,t)|(M-1)N+βΣi=1MΣj=2N|yk(i,j,t)-yk(i,j-1,t)|M(N-1))]]>其中,d1是空域阈值稀释系数,其在0.5至3间变化,α和β的数值与非均匀性的形式有关,如果非均匀性形状为“横向”条纹,α=0,β=1;如果非均匀性形状为“纵向”条纹,α=1,β=0;如果非均匀性形状为“网格”或者“水纹”,α=0.5,β=0.5;步骤2.3:根据单帧的偏置值和时域阈值条件,由FPGA内部控制单元在行有效期间计算非均匀性偏置,存入SRAM中,根据该偏置完成基于灰度相关的时域高通非均匀性校正;满足时域阈值条件时,非均匀性偏置值为单帧的偏置估计值的时域平均,不满足时域阈值条件时,非均匀性偏置值为0;步骤2.1和2.3中采用乒乓结构将一块SRAM按地址分为存储上一帧和当前帧的非均匀性偏置值的两块区域,由FPGA内部控制单元生成SRAM控制器;所述自适应非均匀性校正方法为:b(i,j,t)=1KΣk=1Kb^k(i,j,t)|zk(i,j,t)-zk-1(i,j,t)|<Tth0|zk(i,j,t)-zk-1(i,j,t)|>Tth]]>xk(i,j,t)=yk(i,j,t)-b^(i,j,t)]]>其中,xk(i,j,t)为温度t时第k帧探测元(i,j)自适应非均匀性校正后的输出,为非均匀性校正的偏置值;所述的步骤三具体实现方法包括步骤3.1、3.2:步骤3.1:根据非均匀性校正后的图像,从SRAM中读取双平台直方图映射表,压缩该图像;由FPGA内部控制单元在行有效期间,统计直方图信息,在场消隐期间,计算更新直方图映射表;采用乒乓结构按地址将一块SRAM划分为存储当前帧直方图、上一帧和当前帧的直方图映射表的三块区域,由FPGA内部控制单元生成SRAM控制器;步骤3.2:由FPGA内部控制单元在行有效期间进行双边滤波分离出细节图像,自适应线性映射放大细节图像,与步骤3.1中的压缩图像形成合并形成输出图像,完成基于双平台直方图的双边滤波细节增强;由FPGA内FIFO首尾级联形成的双边滤波器的滤波窗口;所述的细节图像分离方法为:Bk(i,j)=1w(i,j)Σ(i,j)∈Sφ(i,j)xk(i,j)]]>Dk(i,j)=xk(i,j)‑Bk(i,j)w(i,j)=Σ(i,j)∈Sφ(i,j)]]>其中,φ为双边滤波器,w(i,j)为双边滤波权重,Bk(i,j)为第k帧探测元(i,j)的双边滤波器输出,Dk(i,j)为分离出的第k帧探测元(i,j)细节图像。
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