[发明专利]一种基于FPGA红外图像坏点修正系统的优化

说明书

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种基于FPGA红外图像坏点修正算法的实现与优化。可以对传感器出现的坏点进行实时检测并修正，提高图像的对比度以及增强人眼对红外图像的分辨能力。本发明包括坏点检测与修正模块、直方图均衡模块、伪彩色处理模块。具体步骤：先进行以梯度法为基础的灰度图像坏点检测，并根据坏点与其邻域的相关性对坏点进行修正的硬件处理，再针对红外图像整体较暗且细节不够清晰的问题使用直方图均衡化来提高图像的对比度和清晰度，最后对红外图像进行伪彩色处理，使人眼对灰度图像的分辨能力大大提高。本发明具有设计效果好，坏点修正更加自然，能够解决坏点对图像质量影响较大的问题，并能提高人眼对红外图像的分辨能力。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种基于FPGA红外图像坏点修正算法的实现与优化，可用于红外视频图像的优化处理。

背景技术

随着图像技术不断发展，人们对图像质量的要求越来越高，但图像传感器在制造工艺、运输和存储方法等多个环节存在不足，使得图像传感器总会存在一些不正常的点，即坏点。这种坏点是在探测器制造出来便有的，而随着图像传感器使用时间的延长，并且在使用过程中可能会造成的硬件损坏，从而不可避免的出现一些新的坏点。坏点的存在会极大影响图像的成像质量，对于人眼视觉的影响尤为明显，而且对于图像处理来说，图像处理的实时性尤为重要。由于FPGA可以进行流水线操作并且具有良好的并行性，所以本发明采用基于FPGA的坏点检测与修正解决上述问题。

目前去除坏点的方法一般有两种：一是事先记录坏点位置并保存，根据位置信息对坏点进行修正，但是需要一个较大的存储空间；二是通过滤波的方式对坏点进行消除，虽然无需对坏点位置进行保存，但滤波的方法会对图像的边缘信息造成损失。对于事先记录坏点位置并进行修正的方法来说，虽然对坏点位置进行存储，但是随着图像传感器使用时间的延长，并且在使用过程中可能会造成的硬件损坏，从而不可避免的出现一些新的坏点，此时新出现的坏点不会出现在事先保存的位置中，也就无法进行修正，并且对于已知坏点的处理一般采用坏点四邻域均值或八邻域均值来对坏点进行替换，此种方法并未考虑坏点与其他像素之间的相关性。我们可以对坏点处像素值的选取参考AMMC算法中插值点的计算方式来对坏点处的像素值进行计算，从而考虑坏点与周围其他像素点的相关性，使坏点的替代值更加接近原值，坏点处更加平滑。

针对红外图像整体偏暗且细节不够清晰的情况采用直方图均衡化来对红外图像进行非线性拉伸，重新分配图像的像素值，使一定灰度范围内的像素值大致相等，这样可以让原来直方图中间的峰顶部分对比度得到增强,而两侧的谷底部分对比度降低。采用直方图修正后可使图像的灰度间距拉开或者使灰度均匀分布，从而增大反差，使图像细节清晰，从而达到增强图像的目的。他的实现方式一般是先统计一帧图像各个像素值的频数，然后将频数除以总像素个数求出每个像素的频率，再求出每个像素值的累积概率密度，最后乘上像素值的理论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图均衡化后的图像。

人眼对灰度图像的分辨能力较低，能够分辨的灰度级介于十几级到二十几级之间，而对彩色图像的分辨能力可以达到灰度分辨能力的百倍以上，能够达到几百种甚至上千种。因此，针对人眼对灰度图像分辨能力较低的情况，采用灰度图像伪彩色处理来提高人眼对红外图像的分辨能力。伪彩色处理技术的实现方式很多，如灰度分割法，灰度级-彩色变换法、滤波法等等。而对于硬件实现来说，采用较多的是灰度级-彩色变换法，它在硬件中的实现方式一般是先将灰度图像进行分级，然后根据各自的像素等级将灰度像素值按照一定的转换方式映射到RGB空间，从而得到灰度图像的伪彩色图像。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出一种新的结构，能够有效对坏点进行实时检测，无需对坏点位置进行保存并且能够检测到新出现的坏点，并考虑到坏点与其邻域内其他像素的相关性来对坏点像素进行修正。针对采集到的原始红外图像，首先进行坏点检测与修正，然后再用直方图均衡的图像处理方法提高图像的对比度和清晰度，最后通过伪彩色处理对红外图像进行上色，提高人眼对图像的分辨率。以上算法均在FPGA上实现。