摘 要

红外热成像技术是近年来十分热门的高新技术行业，该技术通过接收物体和背景的红外辐射，将物体和背景的表面温度分布情况通过光电转换变成可见光图像。红外热成像技术可以分为制冷热成像系统和非制冷热成像系统两种，非制冷热成像系统因其价格低、体积小、效率高，受到了各个国家的追捧。

目前非制冷热成像系统硬件方面已经发展的非常成熟，但在其图像处理的软件算法上还存在着进步的空间。本文主要针对传统非制冷热成像图像增强算法的不足，结合图像处理中常用的直方图均衡化和反锐化掩模算法，提出一种基于的剪切波变换的算图像增强算法，

本文先是分析了非制冷热成像技术在国内外的研究现状以及非制冷热成像图像的特点，再介绍了数字图像处理中的基础理论知识，为提出新的非制冷热成像图像增强算法奠定了基础。接着分析了目前非制冷热成像图像增强中常用的方法以及这些方法的不足之处。在本文的最后，使用提出的图像增强算法对非制冷热成像图像进行仿真，并对增强结果与其它算法做了比较，仿真结果表明本文提出来的增强算法不仅在人眼视觉效果上，而且在客观评价指标上都获得了优异的结果。

关键词：非制冷热成像 图像增强 直方图均衡化 反锐化掩模算法 剪切波变换

Research on image enhancement method for uncooled thermal imaging

Abstract

Infrared thermal imaging technology is a very popular high-tech industry in recent years. The technique converts the surface temperature distribution of the object and the background into a visible light image by photoelectric conversion by receiving infrared radiation of the object and the background. Infrared thermal imaging technology can be divided into two types: cooling thermal imaging and non-cooling thermal imaging. Uncooled thermal imaging systems have been sought after by countries because of their low price, small size and high efficiency.

At present, the hardware of uncooled thermal imaging systems has been very mature, but there is still room for improvement in the software algorithms for non-refrigerated thermal imaging image processing. This paper focuses on the shortcomings of previous algorithms for image enhancement of uncooled thermal imaging, combining histogram equalization and unsharp masking algorithms commonly used in image processing, an arithmetic image enhancement algorithm based on shear wave transform is proposed, uncooled infrared image enhancement is achieved by increasing the overall contrast of the image, removing noise and enhancing the edges of the detail.

This paper first analyzes the research status of uncooled thermal imaging technology at home and abroad and the characteristics of uncooled thermal imaging images, and then introduces the basic theoretical knowledge in digital image processing, which lays a foundation for proposing a new uncooled thermal imaging image enhancement algorithm. Next, the methods commonly used in image enhancement of uncooled thermography and the deficiencies of these methods are analyzed. At the end of the paper, the proposed image enhancement algorithm is used to simulate the uncooled thermographic image, and the enhancement results are compared with other algorithms. The simulation results show that the proposed enhancement algorithm is not only in the human visual effect,but also in the excellent results were obtained on objective evaluation indicators.

Key words: Uncooled thermal imaging; Image enhancement; Histogram equalization; Unsharp mask algorithm; Shearlet transformation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 非制冷热成像探测器的国内外研究现状 1

1.2.2 非制冷热成像图像处理的国内外研究现状 2

1.3 本文的主要研究内容 3

第二章 非制冷热成像技术图像分析 4

2.1 非制冷热成像技术原理 4

2.2 非制冷热成像的特点 4

2.3 非制冷热成像的特性 5

2.4 非制冷热成像直方图的特点 5

2.5 非制冷热成像的背景与噪声 7

2.5.1 非制冷热成像的背景分析 7

2.5.2 非制冷热成像的噪声分析 7

2.6 本章小结 8

第三章 图像增强基础理论 9

3.1 图像对比度增强方法 9

3.1.1 灰度变换 9

3.1.2 直方图修正 12

3.2 图像噪声消除方法 13

3.2.1 空间域滤波图像去噪 13

3.2.2 变换域图像去噪 13

3.3 图像质量评价与度量 14

3.4 本章小结 15

第四章 现有非制冷热成像图像增强方法及问题 16

4.1 边缘细节增强方法 16

4.1.1 梯度算子 16

4.1.2 反锐化掩模算法 17

4.2 频域增强方法 18

4.2.1 频域高通滤波器 18

4.2.2 频域低通滤波器 19

4.3 各方法存在的问题 20

4.4 本章小结 21

第五章 非制冷热成像图像增强方法研究 22

5.1 基于剪切波变换的非制冷热成像图像增强算法 22

5.1.1 剪切波变换介绍 22

5.1.2 高频子带系数处理 22

5.2 算法实现流程 24

5.3 实验结果与分析 25

5.4 本章小结 27

第六章 总结与展望 29

6.1 工作总结 29

6.2 展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

红外热成像仪是一种可以探测目标红外辐射的设备，它可以将物体的红外辐射通过光电转换、电信号处理等手段转换成图像^[1]。目前红外热成像设备主要分为制冷型以及非制冷型两种。非制冷热成像仪因为没有制冷设备，结构要简单很多，成本较低，分辨率以及可靠性方面都要比制冷型热成像仪要高。

非制冷焦平面探测器是非制冷热成像系统的核心，其发展水平决定着非制冷热成像系统的发展^[2]。目前影响非制冷热成像图像质量主要原因是其焦平面探测器的探测性能，主要的解决办法有两种，一种是不断研究更高性能的非制冷热成像探测器，提升探测器的性能；第二种是通过现代数字图像处理手段将获得的图片进行图像增强去噪处理，以获得分辨率更高，噪点更少的热成像图像^[3]。但由于硬件研发周期长，难度大以及成本高，而在数字图像处理技术中，图像增强因为算法简单、成本低、效率高、更新速度快和普遍适用性的特点，因此各国都在大力发展字图像处理技术。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 非制冷热成像探测器的国内外研究现状

由于没有制冷装置，非制冷热成像系统在常温下就可以使用，并且在成本、体积、重量、效率等方面比制冷热成像系统更有优势，因此非制冷热成像系统得到了更加深入的研究，技术也比制冷热成像系统更加成熟。

1978年世界上第一款非制冷热成像系统是由美TI公司研制的热释电型非制冷红外热成像系统，其成像系统的红外探测器主要材料为（非晶硅）和（钛酸锶钡）^[3]。随着越来越多的国家和厂商加入到非制冷热成像系统的研发队伍中，非制冷红外探测器的非制冷焦平面阵列也从曲线阵发展到了面阵，未来正朝着超大规模成像阵列发展^[4]。除美国外，日本、法国和英国的非制冷热成像探测器的研制生产水平也处于世界前列。

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