红外图像伪彩色编码和处理

文章编号!"##$%$#&$’$##()#*%#+",%#+红外图像伪彩色编码和处理刘缠牢-谭立勋-李春燕-马刚’西安工业大学光电工程学院-西安."##/$)摘要!利用红外热成像系统可将物体的热分布转化为可视图像-并在监视器上以灰度级或伪彩色显示出来-从而得到被测目标的温度分布场0根据热成像测温原理以及红外图像的特点-在对室温热成像系统研究的基础上-对红外图像伪彩色编码进行了研究-提出一种新的伪彩色编码方法-即自动阈值法0利用自动阈值法可以在室温环境下-对目标的温度及其分布进行测量0在123/$#4($#$和5678室温热成像系统中对提出的方法进行了验证0实验结果表明-该方法可使红外图像层次分明-容易分辨出不同的温度区域0关键词!热成像系统9伪彩色编码9自动阈值9温度分布中图分类号!16.*"文献标志码!8:;<=>?@A ?B ?C A ?>D E FG E >H C ?A <;;D E FI ?C D E I C G C <>D J G F <;K L M 4N O P %Q O R -18S K T %U V P -K L 4N V P %W O P -287O P X’3Y N R R Q R Z [\]R ^Q ^Y ]_R P T Y O Q ‘P X T P ^^_T P X -a T b O PL P c ]T ]V ]^R Z 1^Y N P R Q R X W -a T b O P ."##/$-4N T P O)d e ;f C G A f !1N ^]N ^_g O Q h T c ]_T i V ]T R PR Z R i j ^Y ]c Y O Pi ^]_O P c Z R _g ^hT P ]R]N ^k T c V O Q \T Y ]V _^c i W]N ^T P Z _O _^h]N ^_g O Q T g O X T P X c W c ]^g O P h h T c \Q O W ^h R P]N ^g R P T ]R _T PX _^W Q ^k ^Q R _\c ^V h R %Y R Q R _-]N V c ]N ^]^g \^_O ]V _^h T c ]_T i V ]T R P R ZR i j ^Y ]cY O P i ^R i ]O T P ^h l 8Y Y R _h T P X ]R ]N ^]N ^_g O QT g O X T P X \_T P Y T \Q ^R Z ]^g \^_O ]V _^g ^O c V _^g ^P ]O P h]N ^Y N O _O Y ]^_T c ]T Y cR Z T P Z _O _^hT g O X ^c -]N ^\c ^V h R %Y R Q R _Y R h T P XR Z T P Z _O _^hT g O X ^c T c c ]V h T ^hT P]N T c \O \^_l 8P ^m \c ^V h R %Y R Q R _Y R h T P X -O V ]R g O ]T Y ]N _^c N R Q hg ^]N R h -T c \_^c ^P ]^h l 1N T c g ^]N R hm O c \_R k ^hi W123/$#4($#$O P h5678]N ^_g O Q T g O X T P Xc W c ]^g cO ]_R R g ]^g \^_O ]V _^l ‘U \^_T g ^P ]O Q _^c V Q ]cc N R m ]N O ]X _O h O ]T R P cR Z T P Z _O _^h T g O X ^cY O Pi ^h T c Y _T g T P O ]^hO P hh T Z Z ^_^P ]]^g \^_O ]V _^_^X T R P cY O Pi ^^O c T Q W_^c R Q k ^hi W]N ^g ^]N R hl n <op ?C >;!]N ^_g O Q T g O X T P Xc W c ]^g 9\c ^V h R %Y R Q R _Y R h T P X 9O V ]R g O ]T Y]N _^c N R Q h 9]^g \^_O ]V _^h T c ]_T i V ]T R P引言红外成像技术是一种辐射信息探测技术-可利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像-并以不同颜色显示出来0显示出来的图像表征景物的红外辐射分布-它决定于景物发射率和温度的空间分布0利用这一特点建立的红外热成像测温系统-不但测温速度快而且准确-可广泛运用于高温高压及快速移动等传统测温方式难以测量的场合-正在逐步替代传统测温方式0近年来-红外热成像测温系统更是朝着小型化q 智能化q 多功能的方向发展0由于人眼的彩色敏感细胞能分辨出几千种彩色色调和亮度-但对黑白灰度级却不敏感0热成像测温系统所产生的红外图像为黑白灰度级图像-灰收稿日期!$##(%#*%"/9修回日期!$##(%#(%"+作者简介!刘缠牢’",($r)-男-陕西渭南人-博士-西安工业大学光电学院副院长-主要从事测控技术与仪器专业领域的研究0‘%g O T Q !Q Y Q #"$/s c R N V l Y R g第$.卷第*期$##(年,月应用光学t R V _P O Q R Z 8\\Q T ^h[\]T Y cu R Q l $.-S R l *3^\l -$##(度值动态范围不大!人眼很难从这些灰度级中获得丰富的信息"为了更直观地增强显示图像的层次!提高人眼分辨能力!对系统所摄取的图像进行伪彩色处理!从而达到图像增强的效果!使图像信息更加丰富"伪彩色编码的方法很多!可根据不同的情况采用不同的方法!典型的方法主要有医学图像#$%&高温图像和室温图像编码等"本文主要针对室温情况下红外图像的伪彩色编码进行研究"$热成像测温系统$’$热成像测温原理热成像测温系统构成框图如图$所示"系统通过非制冷红外焦平面探测器采集目标辐射并转换为电压信号输出!通过()*+和,-)对图像预处理&温度标定和伪彩色编码的最终信号以)+.制式输出!并显示图像"于最亮的红色调!"其它彩色映射与此类似"通过图#$%!红色的变换函数&图#$’!绿色的变换函数和图#$(!蓝色的变换函数的合成)得到图#$*!合成变换函数"低温区域为蓝色变换+中低温区域的前半部分是以蓝色为主&绿色为辅的变化)后半部分则是以绿色为主&蓝色为辅的变化+中温区域为红色的线性变化)绿色保持不变)产生黄色编码值+高温区域则是以红色为主色调)绿色输入线性递减)产生高温区的编码值"#,-自动阈值的伪彩色编码新编码.由于采用了固定范围方法)当灰度范围比较集中时)图像的色彩反映并不是很强烈)使观察者很难辨别温度的高低范围)因此对新编码.进行改进"笔者采用自动阈值的方法进行编码)得到新编码#)如图-所示"根据不同物体的像素值分布区域的特点)先确定图像灰度的最小值/0和最大值/.)在最大与最小值之间划分几个不同的区域)然后再根据新编码.的变换函数)在重新划分的区域中对图像进行重新编码"这样的编码无论图像灰度如何变化)都会突出物体的图像)不易造成人的视觉错觉)能使辐射图像层次分明)图像清晰"这样的图像可以使观察者很快分辨出温度的不同区域"!"#!"$%&’""#(&#!"%"#)*+,-#’!&#!"./012"-3*!*,*.1.*!"22$#’45678!)&9(*)*#$!&:$#$!&;<==>;<=?@A B C D @E C F >74<6张敬贤;李玉丹7激光与红外成像技术4G 67北京B 北京理工大学出版社;>C C H 7I J 8K L5$#’E M $&#;N O P -E 3&#7N &2".E $#+.&."3O %&’$#’Q "!(#*,*’04G 67R "$S $#’B R "$S $#’O #2)$)-)"*+Q "!(#*,*’09."22;>C C H 7?$#T ($#"2"A 4D 6阮秋琦7数字图像处理学4G 67北京B 电子工业出版社;<==>7U V 8K W $-E X $7Y $’-."O %&’$#’9.*!"22$#’4G 67R "$S $#’B 9-/,$2($#’J *-2"*+Z ,"!).*#$!2O #3-2).0;<==>7?$#T ($#"2"A 4F 6张丽;陈志强7色彩调和理论在辐射成像的伪彩色处理中的应用4567核电子学与探测技术;<===;<=?H A B <D D E <D H 7I J 8K L N $;T J Z K I ($E X $&#’7811,$!&)$*#*+!*,*.(&.%*#0$#.&3$&)$*#$%&’$#’4567K -!,"&.Z ,"!).*#$!2[\")"!)$*#Q "!(#*,*’0;<===;<=?H A B <D D E <D H 7?$#T ($#"2"A 4H 6宁国祥;易新建7红外焦平面阵列图像的伪彩色编码和处理4567红外技术;<==<;<F ?<A B H ]E H C 7K O K LL -*E M $&#’;P O ^$#E S $&#792"-3*E !*,*."#!*3$#’&#31.*!"22$#’+*.$%&’"2*+$#+.&."3+*!&,1,&#"&..&04567O #+.&."3Q "!(#*,*’0;<==<;<F ?<A BH ]E H C 7?$#T ($#"2"_________________________________________________A 单兵武器发展思路从广义上看;供单兵使用的武器均可称为单兵战斗武器‘美苏都经历了第二次世界大战;并对取得的经验有着近乎相同的理解;双方均沿着战斗武器小口径化方向发展;不约而同地发展了小口径单兵战斗武器‘而在这之后;由于美苏两国对现代战争的理解偏差及双方技术a 经济水平的不平衡;对下一代单兵战斗武器的发展思路却迥然不同‘b 非接触与近距离美苏两国不同的民族思想形成了不同的战术战法‘美国致力于发展c 非接触式c 作战;主张在敌方火力范围外对敌实施打击;以减少伤亡为基础;努力提高武器的效能‘而俄罗斯?苏A 主张近战;希望以密集的火力压制杀伤敌人‘这种差异直接影响了两国的武器研制‘美国从>C C F 年开始了庞大的理想单兵战斗武器计划?d O T e A ;旨在综合各种前沿技术;研制集发射动能弹和榴弹于一体的a 具有革新意义的武器系统‘而俄罗斯秉承苏联时期的设计思路;结合新的精密机械结构开发了8K C F 突击步枪;努力提高动能弹的射击效能;大幅提高士兵的近战能力‘b 电子化与机械化美军的d O T e 系统采用了大量的电子元件;配置了全解算火控系统;包括激光测距仪a 弹道计算机a 摄像机a 直瞄式光学瞄具a 环境传感器a 电子罗盘a 目标跟踪装置a 热成像组件和可选择性激光指示器‘与美国相比;俄罗斯的优势在于成熟的武器机构设计理论和良好的机械加工能力;因此俄罗斯的发展重点在于开发新结构;充分挖掘机械结构能力;提高武器性能‘在此原理基础上;俄罗斯在>C C F 年推出了8K C F 突击步枪;并已开始大范围列装‘b 复杂与简单早期的轻武器相当简单;但随着技术的发展;轻武器也向着复杂的方向发展‘苏俄一直坚持武器应简单可靠的原则f 而美国积极开发各种新技术;也积极地将其运用在轻武器上;因此武器系统相对复杂‘结构简单和性能可靠这两大特性被苏俄武器设计人员认为是战斗中最为重要的因素;而美国的轻武器工作者很显然被所谓的高性能所迷惑;忽视了实战的要求‘但强大的经济实力使美国有能力装备复杂昂贵的武器系统‘b 人适应武器与武器适应人苏俄的轻武器设计思想十分注重其内在品质;对硬性指标要求十分苛刻;而对于其软性指标?如人机工程A 等从思想上不够重视;片面致力于人如何适应武器的研究;而忽略了武器如何适应人的研究‘美国对轻武器人机工程相当关注;这是由于西方国家武器以人为本的思想引导;以及人机工程学在美国其他方面运用的促进所造成的‘?清泉供稿Ag<<F g 应用光学<==h ;<]?H A刘缠牢;等B 红外图像伪彩色编码和处理。