【摘要】：紅外成像技術(shù)又稱作熱成像技術(shù),是夜視技術(shù)的一種,這里特指被動式紅外熱成像技術(shù),它是一種通過將物體的熱輻射轉(zhuǎn)換為電信號,從而獲取人眼可以識別的可見光圖像的成像技術(shù)。紅外熱成像技術(shù)不受天氣、光照、電磁干擾等影響,是一種可以全天時,全天候工作的成像技術(shù)。經(jīng)過多年的大力發(fā)展,紅外熱成像技術(shù)在軍事、民用等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應用,但仍然存在以下兩個方面的問題：(1)受生產(chǎn)工藝、探測器材料以及圖像處理技術(shù)的限制,紅外圖像的空間分辨率和溫度分辨率都不高。而且紅外圖像是黑白圖像,不具備顏色信息,限制了圖像攜帶的信息量,增加了圖像解讀的難度；(2)紅外成像設備被大量應用于導彈、飛行器、艦艇、單兵等運動平臺上,平臺抖動也會極大的影響成像效果。因此,從紅外熱成像技術(shù)的理論出發(fā),以改善現(xiàn)有問題為目的,促進紅外熱成像技術(shù)在軍用和民用領(lǐng)域的應用,對于加快我國國防建設步伐,提高國民經(jīng)濟各領(lǐng)域的技術(shù)水平,有著非常重要的意義。深入研究了紅外成像設備應用于運動平臺時面臨的實際問題,以提高紅外序列圖像質(zhì)量為目標,分別提出了新的圖像增強算法、穩(wěn)像算法和彩色化算法,具體內(nèi)容如下：(1)紅外圖像增強技術(shù)。從紅外成像特點出發(fā),深入研究了紅外圖像增強面臨的關(guān)鍵問題,提出了兩種改善紅外圖像質(zhì)量的圖像增強算法,分別是基于自適應尺度因子的多尺度視網(wǎng)膜皮層(Multi-scale Retinex,MSR)算法和基于雙邊濾波器(Bilateral Filter, BF)和MS R的自適應紅外增強算法。對MSR算法進行改進,重新定義MSR算法中的關(guān)鍵尺度因子,提出了基于自適應尺度因子的MSR算法。算法根據(jù)圖像細節(jié)自適應的調(diào)整MSR算法中最為關(guān)鍵的尺度因子,改善了MSR算法對紅外圖像的增強效果,并通過實驗證明了本算法的有效性。提出了一種基于BF和MSR的自適應紅外圖像增強算法。通過自適應的選擇BF中的關(guān)鍵參數(shù),是一個新的具有圖像增強和動態(tài)范圍壓縮的自適應增強算法。最后通過實驗證明了本算法的有效性、實用性和適應性。(2)紅外序列圖像穩(wěn)像技術(shù)。從基于運動平臺的紅外成像設備的成像特點出發(fā),分析了視頻序列抖動的原因及特點。討論了熱像儀成像的幾何模型以及圖像的運動模型,提出了一種新的運動估計算法并對運動濾波算法進行改進,提出一種新的穩(wěn)像算法框架。引入了BRISK(Binary Robust Invariant Scalable Keypoints)算法,提出了基于BRISK算法的運動估計算法,可以更有效的實現(xiàn)全局運動估計。實驗證明了所提出算法的有效性和優(yōu)越性。通過對幾種常用的運動濾波方式的分析和討論,引入了基于Kalman粒子濾波的運動濾波算法。該方法能夠更好的實現(xiàn)復雜掃描運動和隨機振動的分離。并提出了更為高效的邊界區(qū)域補償辦法,以有效實現(xiàn)圖像的全景輸出。進一步通過穩(wěn)像實驗,結(jié)合上述關(guān)鍵算法,對實地采集的視頻序列進行了穩(wěn)像實驗,并使用不同的算法對實驗結(jié)果進行了比較和驗證,實驗結(jié)果證明了本文所提出算法的可行性和有效性。(3)紅外圖像的彩色化技術(shù)。討論各種典型彩色化技術(shù),重點研究基于色彩傳遞的彩色化算法。詳細分析了影響色彩傳遞算法的若干因素,深入研究了色彩空間對彩色化效果的影響,在此基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)算法提出了改進,使其更適用于紅外圖像的彩色化處理。將局部線性嵌入(Locally Linear Embedding, LLE)算法中的降維思想應用到色彩傳遞算法中,提出了一種新的基于LLE的色彩傳遞算法,并通過實驗驗證了其有效性。
[Abstract]:Infrared imaging technology, also known as thermal imaging technology, is a kind of night vision technology. It is a passive infrared thermal imaging technology, which is an imaging technique for obtaining visible light image recognizable by human eye by converting thermal radiation of object into electric signal. Infrared thermal imaging technology is not affected by weather, illumination, electromagnetic interference and so on. It is an imaging technology that can work all-day and all-weather. After many years of vigorous development, the infrared thermal imaging technology has been widely used in many fields, such as military and civil, but there are still two problems: (1) the limitation of production process, detector material and image processing technology; Neither the spatial resolution nor the temperature resolution of the infrared image is high. moreover, the infrared image is a black-and-white image, does not have color information, limits the amount of information carried by the image, increases the difficulty of image interpretation, and (2) the infrared imaging device is widely applied to a moving platform such as a missile, an aircraft, a ship, a navigation system and the like, The platform jitter also greatly affects the imaging effect. Therefore, from the theory of infrared thermal imaging technology, in order to improve the existing problem, it is very important to promote the application of infrared thermal imaging technology in military and civil fields. In order to improve the image quality of infrared sequence, a new image enhancement algorithm, image stabilization algorithm and colorization algorithm are presented, which are as follows: (1) Infrared image enhancement technology. Based on the characteristics of infrared imaging, the key problem of infrared image enhancement is studied deeply. Two image enhancement algorithms for improving the quality of infrared image are proposed, which are multi-scale retinal cortex based on adaptive scale factor (Multi-dimension Retinex). MSR) algorithm and adaptive infrared enhancement algorithm based on bilateral filter (BF) and MS R. The MSR algorithm is improved, the key scaling factor in MSR algorithm is redefined, and MSR algorithm based on adaptive scale factor is proposed. The algorithm improves the enhancement effect of MSR algorithm on infrared image, and proves the effectiveness of the algorithm. An adaptive infrared image enhancement algorithm based on BF and MSR is proposed. It is a new adaptive enhancement algorithm with image enhancement and dynamic range compression by choosing the key parameters in the adaptive selection BF. Finally, the validity, practicability and adaptability of the algorithm are proved by experiments. (2) Infrared sequence image stabilization technology. Based on the imaging characteristics of the infrared imaging equipment based on the motion platform, the causes and characteristics of video sequence jitter are analyzed. In this paper, the geometric model and motion model of image are discussed, a new motion estimation algorithm is proposed and the motion filtering algorithm is improved, and a new stable image algorithm framework is proposed. The BRISK algorithm is introduced, and a motion estimation algorithm based on BRIK algorithm is proposed to realize global motion estimation more effectively. The experiment proves the validity and superiority of the proposed algorithm. Through the analysis and discussion of several commonly used motion filtering methods, a motion filtering algorithm based on Kalman particle filtering is introduced. The method can realize the separation of complex scanning motion and random vibration better. A more efficient method of boundary region compensation is proposed in order to effectively realize the panoramic output of the image. Based on the key algorithm described above, the experiment results are compared and verified by using different algorithms. The experimental results show the feasibility and validity of the proposed algorithm. (3) colorization technology of infrared image. In this paper, a variety of typical colorization techniques are discussed in this paper, and the colorization algorithm based on color transfer is studied. In this paper, some factors which influence the color transfer algorithm are analyzed in detail. The influence of color space on colorization effect is deeply studied. On the basis of this, the traditional algorithm is improved so that it is more suitable for colorization processing of infrared image. In this paper, a new LLE-based color transfer algorithm is proposed, and its validity is verified by experiments.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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