高分辨率紅外成像中的圖像處理算法研究.pdf

1、近年來，紅外成像技術取得了很大進步，在國防建設和國民經(jīng)濟各領域得到廣泛的應用，如目標跟蹤、成像制導和環(huán)境監(jiān)測等。受探測器結構、制造工藝以及材料等因素限制，紅外探測器存在非均勻性噪聲和欠采樣等問題，導致溫度分辨率和空間分辨率不高，影響了紅外系統(tǒng)的成像質量，限制了紅外整機的探測距離，成為紅外成像技術發(fā)展的瓶頸。高分辨率成像一直是紅外成像領域研究的重點，不僅在理論上具有重要意義，實用中也有迫切需求。本文以提高紅外成像溫度分辨率和空間分辨率為目

2、標，主要圍繞紅外成像的非均勻性校正和超分辨率重建展開，具體內(nèi)容包括：
　　 1)紅外焦平面陣列探測器非均勻性校正技術。從紅外焦平面陣列、讀出電路和環(huán)境溫度三個方面討論了非均勻性的產(chǎn)生機理，建立了探測器響應與環(huán)境溫度的指數(shù)關系模型。針對探測器非均勻性隨著時間漂移的問題，提出三種改進的場景非均勻性校正算法。結合紅外焦平面陣列探測器輸出信號的時間和空間特性，利用讀出電路相鄰通道差異的高斯分布，估計通道放大器引起的固定豎條噪聲，提出將單

3、幀迭代和黑體標定相結合的非均勻性校正算法。改進的神經(jīng)網(wǎng)絡非均勻性校正構造了基于讀出電路的隱含層期望值，并應用LMS原理自適應調(diào)整步長以提高收斂速度。根據(jù)恒定統(tǒng)計理論，提出一種時域高通非均勻性校正中的“鬼影”抑制算法，將已估計偏置參數(shù)作為先驗條件判斷當前像素是否參與當前幀偏置參數(shù)的計算，解決了固定閾值場景適應性差的問題。
　　 2)微掃描超分辨率成像技術。研究了微掃描成像的圖像處理技術，包括微掃描圖像預濾波和圖像插值。在圖像預濾波

4、部分，針對P-M方程解的病態(tài)性，提出改進的各向異性擴散濾波算法。算法結合像素梯度和局部方差構造了噪聲低敏感性的擴散系數(shù)，該系數(shù)從理論上滿足Charbonnier等提出的構造準則。在圖像插值部分，提出改進的邊緣保持圖像插值和Lagrange多項式圖像插值算法。邊緣保持圖像插值算法建立了局部標準差邊緣模型，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系數(shù)實現(xiàn)圖像插值，邊緣區(qū)域選用最大梯度方向的像素實現(xiàn)圖像插值。Lagrange多

5、項式圖像插值算法將圖像劃分成多個的同性區(qū)域，在各個同性區(qū)域內(nèi)自適應調(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。圍繞圖像配準和圖像重建問題展開研究。在圖像配準部分，基于數(shù)學形態(tài)學和Mallat多分辨率分析理論，提出一種多尺寸模板配準算法，算法有效抑制了噪聲影響；在圖像重建部分，從Bayes隨機場角度，基于Huber-Markov正則化模型，提出一種梯度閾值自適應調(diào)整的MAP超分辨率重建算法。<