高分辨率紅外成像中的圖像處理算法研究.pdf

1、近年來(lái)，紅外成像技術(shù)取得了很大進(jìn)步，在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如目標(biāo)跟蹤、成像制導(dǎo)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等。受探測(cè)器結(jié)構(gòu)、制造工藝以及材料等因素限制，紅外探測(cè)器存在非均勻性噪聲和欠采樣等問(wèn)題，導(dǎo)致溫度分辨率和空間分辨率不高，影響了紅外系統(tǒng)的成像質(zhì)量，限制了紅外整機(jī)的探測(cè)距離，成為紅外成像技術(shù)發(fā)展的瓶頸。高分辨率成像一直是紅外成像領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，不僅在理論上具有重要意義，實(shí)用中也有迫切需求。本文以提高紅外成像溫度分辨率和空間分辨率為目

2、標(biāo)，主要圍繞紅外成像的非均勻性校正和超分辨率重建展開(kāi)，具體內(nèi)容包括：
　　 1)紅外焦平面陣列探測(cè)器非均勻性校正技術(shù)。從紅外焦平面陣列、讀出電路和環(huán)境溫度三個(gè)方面討論了非均勻性的產(chǎn)生機(jī)理，建立了探測(cè)器響應(yīng)與環(huán)境溫度的指數(shù)關(guān)系模型。針對(duì)探測(cè)器非均勻性隨著時(shí)間漂移的問(wèn)題，提出三種改進(jìn)的場(chǎng)景非均勻性校正算法。結(jié)合紅外焦平面陣列探測(cè)器輸出信號(hào)的時(shí)間和空間特性，利用讀出電路相鄰?fù)ǖ啦町惖母咚狗植迹烙?jì)通道放大器引起的固定豎條噪聲，提出將單

3、幀迭代和黑體標(biāo)定相結(jié)合的非均勻性校正算法。改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非均勻性校正構(gòu)造了基于讀出電路的隱含層期望值，并應(yīng)用LMS原理自適應(yīng)調(diào)整步長(zhǎng)以提高收斂速度。根據(jù)恒定統(tǒng)計(jì)理論，提出一種時(shí)域高通非均勻性校正中的“鬼影”抑制算法，將已估計(jì)偏置參數(shù)作為先驗(yàn)條件判斷當(dāng)前像素是否參與當(dāng)前幀偏置參數(shù)的計(jì)算，解決了固定閾值場(chǎng)景適應(yīng)性差的問(wèn)題。
　　 2)微掃描超分辨率成像技術(shù)。研究了微掃描成像的圖像處理技術(shù)，包括微掃描圖像預(yù)濾波和圖像插值。在圖像預(yù)濾波

4、部分，針對(duì)P-M方程解的病態(tài)性，提出改進(jìn)的各向異性擴(kuò)散濾波算法。算法結(jié)合像素梯度和局部方差構(gòu)造了噪聲低敏感性的擴(kuò)散系數(shù)，該系數(shù)從理論上滿足Charbonnier等提出的構(gòu)造準(zhǔn)則。在圖像插值部分，提出改進(jìn)的邊緣保持圖像插值和Lagrange多項(xiàng)式圖像插值算法。邊緣保持圖像插值算法建立了局部標(biāo)準(zhǔn)差邊緣模型，將圖像分為平滑和邊緣區(qū)域，平滑區(qū)域以像素鄰域差值作為加權(quán)系數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像插值，邊緣區(qū)域選用最大梯度方向的像素實(shí)現(xiàn)圖像插值。Lagrange多

5、項(xiàng)式圖像插值算法將圖像劃分成多個(gè)的同性區(qū)域，在各個(gè)同性區(qū)域內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整Lagrange的階數(shù)，完成圖像插值。
　　 3)多幀圖像的超分辨率重建技術(shù)。圍繞圖像配準(zhǔn)和圖像重建問(wèn)題展開(kāi)研究。在圖像配準(zhǔn)部分，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和Mallat多分辨率分析理論，提出一種多尺寸模板配準(zhǔn)算法，算法有效抑制了噪聲影響；在圖像重建部分，從Bayes隨機(jī)場(chǎng)角度，基于Huber-Markov正則化模型，提出一種梯度閾值自適應(yīng)調(diào)整的MAP超分辨率重建算法。<