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        基于變分偏微分方程的紅外圖像增強算法研究

        2014-03-21 10:00:36趙文達韓希珍續(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

        趙文達,趙 建,韓希珍,續(xù)志軍

        (1.中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所,吉林 長春130033;2.中國科學院大學,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,目標邊緣模糊和紋理細節(jié)不清楚的缺點。因此,需要對紅外圖像進行增強,使圖像適合計算機的識別和系統(tǒng)跟蹤應(yīng)用[1-3]。

        已有的圖像增強算法很多[4-6],主要分為空域法和頻域法兩類??沼蚍ㄊ侵苯訉D像像素灰度進行操作,主要包括直接灰度變換、空域濾波和直方圖處理等。該方法運算量小實時性好,缺點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。頻域法是對圖像進行傅里葉變換后對其頻譜再進行分析操作,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,但計算量大實時性差。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)學模型便于處理等優(yōu)點倍受青睞。該技術(shù)將圖像看作是連續(xù)區(qū)域進行數(shù)學建模,求解時將其轉(zhuǎn)化為隨時間變化的離散格式。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行表述。

        本文將變分偏微分方程理論用于紅外圖像的增強,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),增強微弱的有用細節(jié),突出圖像的邊緣。從變換后的梯度場重建出增強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,驗證本文算法的優(yōu)越性。

        2 紅外圖像的變分偏微分增強

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

        的紅外圖像,圖像中某點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,紋理細節(jié)看上去就比較清楚。所以,重建圖像的梯度場時,在梯度值小的微弱細節(jié),增加梯度值,增強微弱細節(jié),在梯度值比較大的邊緣區(qū)域,適當增加梯度值,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:當梯度值非常小時,梯度場增強系數(shù)最大,可以增強圖像的微弱細節(jié);隨著梯度值的增加,梯度場增強系數(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圖像,即是尋找增強的圖像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)值計算過程中,采用時域有限差分法,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 實驗結(jié)果與分析

        對比于直方圖均衡、平臺直方圖均衡[11]算法,本文做了大量的實驗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,實驗中的平臺值使圖2(c)中遠處的樹林比較清晰,但車仍然模糊;經(jīng)過本文算法增強后,圖像的微弱細節(jié)得以增強,如圖2中的車輪、遠處的樹林。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)作為客觀評價標準。表達式為:

        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),增強圖像微弱的有用細節(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的圖像??紤]到噪聲可能會被同時放大,在梯度場的變換中對噪聲進行了限幅。實驗結(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節(jié)信息的缺點,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)的紅外目標檢測與識別[J].光學精密工程,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)警實時圖像處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(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,紀守新.基于平穩(wěn)小波變換和Retinex 的紅外圖像增強方法[J].光學學報,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.基于廣義線性運算和雙邊濾波的紅外圖像增強[J].光學精密工程,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.機載嵌入式圖像增強系統(tǒng)設(shè)計與實現(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 的嵌入式實時圖像增強系統(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:中國科學技術(shù)大學,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)合偏微分方程增強圖像紋理及對比度[J].光學精密工程,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)增強算法[J].光子學報,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)

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