1-紅外圖像增強研究背景和意義

1.1研究背景

紅外圖像是紅外技術與成像技術結合的產物。人類感知只限于電磁波譜的可見光波段，對于全部電磁波譜上其它不可見光，如γ射線、X射線、紫外線、紅外線、微波等，人類的視覺則無法感知。然而科學技術的發展使得成像技術與設備可以覆蓋幾乎全部電磁波譜，從γ射線到無線電波，將人類不可見的射線轉化為可見的圖像，這些圖像涉及我們人類生活的許多領域，發揮著日益重要的作用。

比如，紅外成像技術可以用于測溫、監控著火、軍事、檢測建筑材料、醫學、電力行業等。

1.2研究意義

但由于紅外圖像的成像機理以及紅外成像系統自身的原因，紅外圖像與可見光圖像相比，大多有圖像對比度低、圖像較模糊、信噪比低等特點。這對后續的特征提取、識別或跟蹤等極為不利，因此抑制噪聲，提高圖像信噪比，以及調整紅外圖像對比度，增強紅外圖像邊沿及線條等操作是必不可少的。所以，需要對圖像進行適當的處理，因此紅外圖像增強是非常有必要的。

圖像增強技術的主要目的是處理一幅給定的圖像使它的結果對某種特定應用來說比原始。圖像更合用。通過增強，可以改善紅外圖像的質量，為后續對紅外圖像的操作提供準備。

1.3紅外圖像的缺點

• (1)紅外熱圖像表征景物的溫度分布，是灰度圖像，沒有彩色或陰影，分辨率低、分辨潛力差；
• (2) 紅外圖像空間相關性強、對比度低、視覺效果模糊；
• (3) 紅外圖像的清晰度低于可見光圖像；
• (4)外界環境的隨機干擾和熱成像系統的不完善，給紅外圖像帶來多種多樣的噪聲，導致紅外圖像的信噪比非常低；
• (5)外界干擾造成紅外圖像的非均勻性，體現為圖像的固定圖案噪聲、串擾、 畸變等。

1.4紅外成像技術的特點

• （1）紅外輻射能夠穿過霧、煙塵而且系統工作波段寬，系統作用距離遠;
• （2）采取被動工作方式，不易被發現或受干擾;
• （3）可在晝夜或惡劣氣候下工作，接近全天候;
• （4）適合高精度跟蹤瞄準;

（5）不易受射擊、爆炸和照明閃光等強光影響。

上述這些特點使紅外熱成像系統特別適合軍事應用，因此，各國都以巨額投資競相開展這一領域的研究工作。

2-紅外圖像增強經典算法

2.1圖像增強

圖像增強是指根據特定的需要突出圖像中的重要信息，同時減弱或去除不需要的信息。從不同的途徑獲取的圖像，通過進行適當的增強處理，可以將原本模糊不清甚至根本無法分辨的原始圖像處理成清晰的富含大量有用信息的可使用圖像，有效地去除圖像中的噪聲、增強圖像中的邊緣或其他感興趣的區域，從而更加容易對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量。

有效地去除圖像中的噪聲、增強圖像中的邊緣或其他感興趣的區域，從而更加容易對圖像中感興趣的目標進行檢測和測量。

2.2灰度變換

基于點運算的灰度級矯正可以表示為：

g(x , y) = T[f(x , y)]

其中f表示灰度，T表示灰度變化函數。

根據T的不同，我們可以把灰度變換分為逆反處理、閾值變換、灰度拉伸、灰度切分、灰度級修正、動態范圍調整等等。

總的來說分為線性變換和非線性變換。

2.2.1線性變換

G(