[發明專利]一種基于FPGA紅外圖像壞點修正系統的優化

在審

• 申請號: 202010533089.3
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111681193A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 周偉;王坤;趙鑫;王佳俊;陳誠
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T5/40
• 分類號: G06T5/40;G06T5/00;G06T7/00;G06T11/00;G06T1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種基于FPGA紅外圖像壞點修正算法的實現與優化。可以對傳感器出現的壞點進行實時檢測并修正，提高圖像的對比度以及增強人眼對紅外圖像的分辨能力。本發明包括壞點檢測與修正模塊、直方圖均衡模塊、偽彩色處理模塊。具體步驟：先進行以梯度法為基礎的灰度圖像壞點檢測，并根據壞點與其鄰域的相關性對壞點進行修正的硬件處理，再針對紅外圖像整體較暗且細節不夠清晰的問題使用直方圖均衡化來提高圖像的對比度和清晰度，最后對紅外圖像進行偽彩色處理，使人眼對灰度圖像的分辨能力大大提高。本發明具有設計效果好，壞點修正更加自然，能夠解決壞點對圖像質量影響較大的問題，并能提高人眼對紅外圖像的分辨能力。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，具體涉及一種基于FPGA紅外圖像壞點修正算法的實現與優化，可用于紅外視頻圖像的優化處理。

背景技術

隨著圖像技術不斷發展，人們對圖像質量的要求越來越高，但圖像傳感器在制造工藝、運輸和存儲方法等多個環節存在不足，使得圖像傳感器總會存在一些不正常的點，即壞點。這種壞點是在探測器制造出來便有的，而隨著圖像傳感器使用時間的延長，并且在使用過程中可能會造成的硬件損壞，從而不可避免的出現一些新的壞點。壞點的存在會極大影響圖像的成像質量，對于人眼視覺的影響尤為明顯，而且對于圖像處理來說，圖像處理的實時性尤為重要。由于FPGA可以進行流水線操作并且具有良好的并行性，所以本發明采用基于FPGA的壞點檢測與修正解決上述問題。

目前去除壞點的方法一般有兩種：一是事先記錄壞點位置并保存，根據位置信息對壞點進行修正，但是需要一個較大的存儲空間；二是通過濾波的方式對壞點進行消除，雖然無需對壞點位置進行保存，但濾波的方法會對圖像的邊緣信息造成損失。對于事先記錄壞點位置并進行修正的方法來說，雖然對壞點位置進行存儲，但是隨著圖像傳感器使用時間的延長，并且在使用過程中可能會造成的硬件損壞，從而不可避免的出現一些新的壞點，此時新出現的壞點不會出現在事先保存的位置中，也就無法進行修正，并且對于已知壞點的處理一般采用壞點四鄰域均值或八鄰域均值來對壞點進行替換，此種方法并未考慮壞點與其他像素之間的相關性。我們可以對壞點處像素值的選取參考AMMC算法中插值點的計算方式來對壞點處的像素值進行計算，從而考慮壞點與周圍其他像素點的相關性，使壞點的替代值更加接近原值，壞點處更加平滑。

針對紅外圖像整體偏暗且細節不夠清晰的情況采用直方圖均衡化來對紅外圖像進行非線性拉伸，重新分配圖像的像素值，使一定灰度范圍內的像素值大致相等，這樣可以讓原來直方圖中間的峰頂部分對比度得到增強,而兩側的谷底部分對比度降低。采用直方圖修正后可使圖像的灰度間距拉開或者使灰度均勻分布，從而增大反差，使圖像細節清晰，從而達到增強圖像的目的。他的實現方式一般是先統計一幀圖像各個像素值的頻數，然后將頻數除以總像素個數求出每個像素的頻率，再求出每個像素值的累積概率密度，最后乘上像素值的理論最大值得到新的像素值，用此像素值代替原本的像素值即可得到直方圖均衡化后的圖像。

人眼對灰度圖像的分辨能力較低，能夠分辨的灰度級介于十幾級到二十幾級之間，而對彩色圖像的分辨能力可以達到灰度分辨能力的百倍以上，能夠達到幾百種甚至上千種。因此，針對人眼對灰度圖像分辨能力較低的情況，采用灰度圖像偽彩色處理來提高人眼對紅外圖像的分辨能力。偽彩色處理技術的實現方式很多，如灰度分割法，灰度級-彩色變換法、濾波法等等。而對于硬件實現來說，采用較多的是灰度級-彩色變換法，它在硬件中的實現方式一般是先將灰度圖像進行分級，然后根據各自的像素等級將灰度像素值按照一定的轉換方式映射到RGB空間，從而得到灰度圖像的偽彩色圖像。

發明內容

本發明針對背景技術存在的缺陷，提出一種新的結構，能夠有效對壞點進行實時檢測，無需對壞點位置進行保存并且能夠檢測到新出現的壞點，并考慮到壞點與其鄰域內其他像素的相關性來對壞點像素進行修正。針對采集到的原始紅外圖像，首先進行壞點檢測與修正，然后再用直方圖均衡的圖像處理方法提高圖像的對比度和清晰度，最后通過偽彩色處理對紅外圖像進行上色，提高人眼對圖像的分辨率。以上算法均在FPGA上實現。