亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于變分偏微分方程的紅外圖像增強(qiáng)算法研究

        2014-03-21 10:00:36趙文達(dá)韓希珍續(xù)志軍
        液晶與顯示 2014年2期
        關(guān)鍵詞:均衡化變分圖像增強(qiáng)

        趙文達(dá),趙 建,韓希珍,續(xù)志軍

        (1.中國科學(xué)院 長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所,吉林 長春130033;2.中國科學(xué)院大學(xué),北京100049)

        1 引 言

        隨著紅外成像技術(shù)的發(fā)展,紅外圖像在遙感探測、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全、交通運(yùn)輸以及軍事等領(lǐng)域取得了越來越廣泛的應(yīng)用。但由于紅外探測器件的光敏響應(yīng)的不均勻性,系統(tǒng)的非線性以及受外界環(huán)境的干擾,使得紅外圖像具有噪聲大,目標(biāo)邊緣模糊和紋理細(xì)節(jié)不清楚的缺點(diǎn)。因此,需要對紅外圖像進(jìn)行增強(qiáng),使圖像適合計(jì)算機(jī)的識別和系統(tǒng)跟蹤應(yīng)用[1-3]。

        已有的圖像增強(qiáng)算法很多[4-6],主要分為空域法和頻域法兩類??沼蚍ㄊ侵苯訉D像像素灰度進(jìn)行操作,主要包括直接灰度變換、空域?yàn)V波和直方圖處理等。該方法運(yùn)算量小實(shí)時(shí)性好,缺點(diǎn)是不能從頻率角度反映圖像各部分的區(qū)別,圖像分辨力差。頻域法是對圖像進(jìn)行傅里葉變換后對其頻譜再進(jìn)行分析操作,然后通過反變換獲得處理后的結(jié)果,主要包括傅里葉變換和小波變換等。該方法具有很好的頻率處理能力,但計(jì)算量大實(shí)時(shí)性差。近年來,基于變分偏微分方程的圖像處理技術(shù)以其精度高、將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型便于處理等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。該技術(shù)將圖像看作是連續(xù)區(qū)域進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,求解時(shí)將其轉(zhuǎn)化為隨時(shí)間變化的離散格式。并將圖像離散為間距很小的網(wǎng)格,如梯度、散度等偏微分算子采用差分法進(jìn)行表述。

        本文將變分偏微分方程理論用于紅外圖像的增強(qiáng),主要是構(gòu)造一個隨著梯度值增大而減小的函數(shù)(≥1)作為原圖像梯度場的系數(shù),增強(qiáng)微弱的有用細(xì)節(jié),突出圖像的邊緣。從變換后的梯度場重建出增強(qiáng)的圖像采用變分偏微分方程理論,并對該算法采用有限差分法進(jìn)行求解。最后通過與現(xiàn)有的直方圖均衡和平臺直方圖均衡算法做主觀和客觀比較,驗(yàn)證本文算法的優(yōu)越性。

        2 紅外圖像的變分偏微分增強(qiáng)

        結(jié)合變分偏微分方程思想,本文在圖像的梯度域,通過增強(qiáng)圖像的梯度場來達(dá)到增強(qiáng)圖像邊緣和細(xì)節(jié)的目的。對于

        的紅外圖像,圖像中某點(diǎn)p 的梯度定義:

        梯度值代表灰度變化的速度,矢量的方向代表灰度朝哪個方向變化。圖像的每個像素點(diǎn)的梯度總和組成了梯度矢量場[7]。

        圖像梯度值大的地方,紋理細(xì)節(jié)看上去就比較清楚。所以,重建圖像的梯度場時(shí),在梯度值小的微弱細(xì)節(jié),增加梯度值,增強(qiáng)微弱細(xì)節(jié),在梯度值比較大的邊緣區(qū)域,適當(dāng)增加梯度值,使圖像邊緣更加突出。因此,構(gòu)造一個隨著梯度值增大而減小的函數(shù)g(|I|)作為原圖像梯度場的系數(shù),得到如下重建的梯度場T:

        圖1 梯度場增強(qiáng)系數(shù)與梯度值關(guān)系Fig.1 Relationship between gradient field enhancement coefficient and gradient value

        通過圖1的梯度值與函數(shù)的關(guān)系可以看出:當(dāng)梯度值非常小時(shí),梯度場增強(qiáng)系數(shù)最大,可以增強(qiáng)圖像的微弱細(xì)節(jié);隨著梯度值的增加,梯度場增強(qiáng)系數(shù)逐漸減小,最后趨向于1,防止了大的梯度值被過分增大,從而增強(qiáng)的圖像看上去比較柔和。選擇不同的梯度門限r(nóng)1、r2、r3和r4的值,可以控制梯度場增強(qiáng)的大小即圖像對比度的大小。

        從變換之后的梯度場中重建出增強(qiáng)圖像,即是尋找增強(qiáng)的圖像u(x,y),使如下的泛函最小:

        其中:T 為重建的梯度場。

        3 泛函的求解

        常見的求解泛函極值的方法主要有:變分法,遺傳算法,最大值原理等,但在圖像處理應(yīng)用中,變分法最為常用。記F(x,y,u,ux,uy)為被積函數(shù),則

        式中:T=(T1,T2), 為梯 度 算 子,u=(ux,uy),x,y 表示偏微分的變量。根據(jù)變分法原理[8]可知,泛函E(u)取極值時(shí)有

        上式中存在許多微分算子,在數(shù)字圖像處理中須對其離散化求解。有限差分法是對待此類問題的常用方法,首先對圖像進(jìn)行等間隔采樣[10],本文取采樣步長Δx,Δy 為1。拉普拉斯算子應(yīng)用向前差分,散度應(yīng)用向后差分。

        時(shí)間偏微分:

        空間偏微分:

        拉普拉斯算子應(yīng)用:

        散度采用向后差分近似:

        結(jié)合公式(8)~(12)可得公式(7)的迭代過程如下

        在以上數(shù)值計(jì)算過程中,采用時(shí)域有限差分法,通過對圖像的迭代來找到最優(yōu)效果的增強(qiáng)圖像。有限差分法高效簡單,通常通過有限次數(shù)的迭代就可找到視覺效果好的圖像。

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        對比于直方圖均衡、平臺直方圖均衡[11]算法,本文做了大量的實(shí)驗(yàn)來證明本文算法的優(yōu)越性,選擇其中兩組有代表性的圖像進(jìn)行說明。在算法中,取ε=4,r1=0.005,r2=100,r3=20,r4=15,Δt=1,迭代次數(shù)n=15。處理結(jié)果如圖2、圖3所示。

        通過圖2可以看出:直方圖均衡化可以有效地調(diào)節(jié)圖像的亮度,但會使圖像“過亮”,而且會使一些灰度相近、分布較少的灰度值的細(xì)節(jié)信息被抹去,如圖2的車輪;平臺直方圖均衡化給圖像細(xì)節(jié)的提升留出了空間,使圖像的亮度比較均勻,但平臺值很難確定,實(shí)驗(yàn)中的平臺值使圖2(c)中遠(yuǎn)處的樹林比較清晰,但車仍然模糊;經(jīng)過本文算法增強(qiáng)后,圖像的微弱細(xì)節(jié)得以增強(qiáng),如圖2中的車輪、遠(yuǎn)處的樹林。圖3為含有較大噪聲的圖片,通過對比可以看出,圖片(b)和(c)噪聲明顯,而本文算法對原圖像的噪聲并沒有過分放大,如圖片(d)左上角的天空。

        圖2 紅外原圖及其經(jīng)過各種增強(qiáng)算法后的對比.(a)原圖;(b)直方圖均衡化;(c)平臺直方圖均衡化;(d)本文算法.Fig.2 Contrast between Infrared original image and various enhancement algorithms.(a)Original image;(b)Histogram equalization;(c)Platform histogram equalization;(d)The algorithm.

        圖3 紅外原圖及其經(jīng)過各種增強(qiáng)算法后的對比.(a)原圖;(b)直方圖均衡化;(c)平臺直方圖均衡化;(d)本文算法.Fig.3 Contrast between infrared original image and various enhancement algorithms.(a)Original image;(b)Histogram equalization;(c)Platform histogram equalization;(d)The algorithm.

        本文采用灰度平均梯度值(GMG)作為客觀評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。表達(dá)式為:

        GMG 是將一幅圖像長M 和寬N 方向上的相鄰像素的灰度值分別做差,然后求平方和,最后求均方根。它能反應(yīng)圖像的紋理特征變化和圖像的對比度,其值越大就說明圖像越清晰。現(xiàn)計(jì)算上面2組圖的GMG,結(jié)果如表1所示。

        表1 4幅紅外圖像的GMGTab.1 GMG of four infrared images

        5 結(jié) 論

        提出一種基于變分偏微分方程理論的紅外圖像增強(qiáng)方法。該方法首先將原圖像變換到梯度域,然后構(gòu)造一個隨著梯度值增大而減小的函數(shù)(≥1)作為原圖像梯度場的系數(shù),增強(qiáng)圖像微弱的有用細(xì)節(jié),突出圖像的邊緣,最后通過變分偏微分方程理論從變換后的梯度場重建出增強(qiáng)的圖像。考慮到噪聲可能會被同時(shí)放大,在梯度場的變換中對噪聲進(jìn)行了限幅。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,本文算法將原圖像的灰度平均梯度3.885和2.385分別增加到9.693和7.618,提高了2~3 倍,對增強(qiáng)紅外圖像的邊緣和微弱有用信息效果明顯,避免了直方圖均衡類算法丟失一些灰度相近且分布較少的微弱細(xì)節(jié)信息的缺點(diǎn),為圖像識別和跟蹤應(yīng)用提供了高質(zhì)量的圖像信息。

        [1] 李一芒,何昕,魏仲慧,等.采用降維技術(shù)的紅外目標(biāo)檢測與識別[J].光學(xué)精密工程,2013,21(5):1297-1303.Li Y M,He X,Wei Z H,et al.Infrared target detection and recognition using dimension reduction technology[J].Opt.Precision Eng.,2013,21(5):1297-1303.(in Chinese)

        [2] 李一芒,何昕,魏仲慧.紅外預(yù)警實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].液晶與顯示,2013,28(1):110-114.Li Y M,He X,Wei Z H.Design and implement of real-time image processing system for IR warning system based on multi-passage[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays,2013,28(1):110-114.(in Chinese)

        [3] 占必超,吳一全,紀(jì)守新.基于平穩(wěn)小波變換和Retinex 的紅外圖像增強(qiáng)方法[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(10):2788-2793.Zhan B C,Wu Y Q,Ji S X.Infrared image enhancement method based on stationary wavelet transformation and retinex[J].Acta Optica Sinica,2010,30(10):2788-2793.(in Chinese)

        [4] 賈宏光,吳澤鵬,朱明超,等.基于廣義線性運(yùn)算和雙邊濾波的紅外圖像增強(qiáng)[J].光學(xué)精密工程,2013,21(12):3272-3282.Jia H G,Wu Z P,Zhu M C,et al.Infrared image enhancement based on generalized linear operation and bilateral filter[J].Opt.Precision Eng.,2013,21(12):3272-3282.(in Chinese)

        [5] 尹傳歷,王嘯哲.機(jī)載嵌入式圖像增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].液晶與顯示,2013,28(4):604-607.Yin C L,Wang X Z.Design and realization of airborne embedded image enhancement system[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays,2013,28(4):604-607.(in Chinese)

        [6] 王靜軒,尹傳歷.基于DSP和FPGA 的嵌入式實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)系統(tǒng)[J].液晶與顯示,2013,28(3):459-463.Wang J X,Yin C L.Embedded color image enhancement system based on DSP and FPGA[J].Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays,2013,28(3):459-463.(in Chinese)

        [7] 王超,葉中付.一種基于變分的圖像增強(qiáng)算法和偽彩色映射[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2005,20(1):18-22.Wang C,Ye Z F.Variational approach to image enhancement and pseudo-color mapping[J].Journal of Data Acquisition &Processing,2005,20(1):18-22.(in Chinese)

        [8] 老大中.變分法基礎(chǔ)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.Lao D Z.Variational Method Foundation[M].Beijing:National Defence Industry Press,2007.(in Chinese)

        [9] 朱才志.基于偏微分方程的數(shù)字圖像處理的研究[D].安徽:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2007.Zhu C Z.Researches on digital image processing based on partial differential equation[D].Anhui:University of Science and Technology of China,2007.(in Chinese)

        [10] 韓希珍,趙建.結(jié)合偏微分方程增強(qiáng)圖像紋理及對比度[J].光學(xué)精密工程,2012,20(6):1382-1388.Han X Z,Zhao J.Enhancement of image texture and contrast combined with partial differential equation[J].Optics and Precision Engineering,2012,20(6):1382-1388.(in Chinese)

        [11] 王炳健,劉上乾,周慧鑫,等.基于平臺直方圖的紅外圖像自適應(yīng)增強(qiáng)算法[J].光子學(xué)報(bào),2005,34(2):299-301.Wang B J,Liu S Q,Zhou H X,et al.Self-adaptive contrast enhancement algorithm for infrared images based on plateau histogram[J].Acta Photonica Sinica,2005,34(2):299-301.(in Chinese)

        猜你喜歡
        均衡化變分圖像增強(qiáng)
        圖像增強(qiáng)技術(shù)在超跨聲葉柵紋影試驗(yàn)中的應(yīng)用
        水下視覺SLAM圖像增強(qiáng)研究
        逆擬變分不等式問題的相關(guān)研究
        求解變分不等式的一種雙投影算法
        虛擬內(nèi)窺鏡圖像增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)
        關(guān)于一個約束變分問題的注記
        基于圖像增強(qiáng)的無人機(jī)偵察圖像去霧方法
        一個擾動變分不等式的可解性
        制度變遷是資源均衡化的關(guān)鍵
        直方圖均衡化技術(shù)在矢量等值填充圖中的算法及實(shí)現(xiàn)
        久久久久久国产精品免费免费男同| 一本色道久久88加勒比—综合| 夜晚黄色福利国产精品| 亚洲国产精品无码久久98| 熟女俱乐部五十路二区av| 无码精品国产午夜| 亚洲av日韩av高潮潮喷无码| 国产中文aⅴ在线| 日本加勒比一区二区在线观看| 日韩精品熟妇一区二区三区| 中文字幕v亚洲日本| 精品国产91天堂嫩模在线观看| 一级午夜理论片日本中文在线| 蜜桃一区二区三区视频网址| 亚洲日韩国产精品乱-久| 亚州精品无码人妻久久| 国产精品一区又黄又粗又猛又爽| 亚洲av高清一区二区三| 午夜无码一区二区三区在线观看| 内射人妻少妇无码一本一道| 欧美大香线蕉线伊人久久| 久久久亚洲欧洲日产国码是AV| 成人在线观看av毛片| 久久久国产乱子伦精品作者 | 国产一区二区三区经典| 91露脸半推半就老熟妇| 九九99久久精品国产| 精品91精品91精品国产片| 精品人妻码一区二区三区红楼视频| 国产午夜视频一区二区三区| 精品人妻伦九区久久aaa片| 九九精品无码专区免费| 亚洲专区一区二区三区四区五区| 射精区-区区三区| 欧美疯狂做受xxxxx高潮| 亚洲最新中文字幕一区| 日本精品视频二区三区| 少妇高潮惨叫正在播放对白| 成人国产在线观看高清不卡| 国产在线av一区二区| 亚瑟国产精品久久|