CN109660743A - 一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，首先将制冷型红外热像仪输出的图像以8帧图像为一个循环，其次将得到的每一帧图像都经过非均匀性校正模块，得到校正后的图像；接着校正后的图像经过一个除数为8的除法器，图像的数值变为原先的八分之一；再经过除法器的每个循环中的所有图像求和并存入LPDDR2中，当完成同一个循环中的8帧图像的累加后，再开始下一个循环的重新累加；最后当同一个循环的第一帧图像和第五帧图像到来时，分别进行LPDDR2中的图像读取并传送给后续图像处理模块，最终输出视频图像。本发明有效扩展了红外热像仪对于温度变化范围大的场景的适应能力，能获取更多的场景信息，拓展了红外热像仪的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于红外图像处理领域，具体是一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法。
背景技术
红外热像仪生成的原始图像动态范围较窄，灰度比较集中。由于焦平面探测器组件中读出电路积分电容的电荷存储量有限，造成探测器积分时间受限，当看清场景中的高温物体时，低温物体可能已经被噪声淹没，而当看清低温物体时，高温物体早已饱和。
Austin等人最早提出了红外图像超帧技术的概念。红外图像超帧技术就是指在红外成像***规定的单帧成像时间内获取多帧图像，然后对长积分时间的子帧的各个像素的饱和像元用短积分时间的像元进行替换，得到一幅新的图像并在单帧图像时间内输出，从而达到拓宽红外热像仪成像范围的目的。但是该方法对于算法的要求复杂，而且无法提高图像信噪比等参数。
在此基础上，国内外学者进行了相关的研究，取得一些成果，提出基于光机装置的超帧原理样机、基于高速数值传输电路的红外图像超帧处理等方法，但是这些方法需要用到复杂的光学器件，不利于技术的推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，克服了红外热像仪动态范围较低、不能将温度变化范围大的场景完整清晰成像的不足，同时提高红了外成像***输出信号的信噪比，
实现本发明目的的技术解决方案为：一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，包括以下步骤：
步骤1）将制冷型红外热像仪输出的图像以8帧图像为一个循环，同一个循环内的每帧图像积分时间互不相同；
步骤2）将得到的每一帧图像都经过非均匀性校正模块，去除图像的非均匀性，得到校正后的图像；
步骤3）校正后的图像经过一个除数为8的除法器，图像的数值变为原先的八分之一；
步骤4）对步骤3）中经过除法器的每个循环中的所有图像求和并存入LPDDR2中，当完成同一个循环中的8帧图像的累加后，再开始下一个循环的重新累加；
步骤5）当同一个循环的第一帧图像和第五帧图像到来时，分别进行LPDDR2中的图像读取并传送给后续图像处理模块，最终输出视频图像。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）提高了红外成像***的成像动态范围，能对温度变化范围更大的场景捕获更多信息，有一个更好的成像效果。
（2）提高了红外成像***的信噪比和灵敏度。
附图说明
图1是本发明一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法流程图。
图2是各积分时间下的图像和高动态成像的图像，其中（a）是低积分时间下的图像，（b）是高积分时间下的图像，（c）是高动态范围成像方法得到的图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
制冷型红外热像仪高动态范围成像是让红外探测器以不同积分时间进行超帧频图像输出，再将各个子帧相加并在规定的一帧图像时间内完成图像数据的输出。以此方法获取更宽的温度范围和更多的场景信息，同时增加***的信噪比和灵敏度。
结合图1，一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，实现步骤包括：
步骤1）将制冷型红外热像仪输出的图像以8帧图像为一个循环，同一个循环内的每帧图像积分时间互不相同。
每八帧图像积分时间互不相同，具体步骤为：
1-1）设置一个计数器，计数器位于驱动模块内，计数器从0到7循环计数，每当一帧新的图像输入时计数器+1；
1-2）提前设置好8个不同的积分时间，每当计数器+1就取下一个积分时间，以此类推直到一个循环结束；
1-3）下一个循环开始时再依次将这个8积分时间送给制冷型红外热像仪。
对探测器输入时钟和输出图像的帧数要求为：给探测器的时钟频率为6MHz，探测器每秒输出200帧图像，采用四路输出的方式。
步骤2）将得到的每一帧图像都经过非均匀性校正模块，去除图像的非均匀性，得到校正后的图像。
非均匀性校正参数的获取，具体步骤为：
2-1）将积分时间全部设置为8个积分时间中的第一个，在该积分时间下进行参数标定，获得非均匀性校正参数，转入步骤2-2）；
2-2）将这个积分时间下的非均匀性参数存到LPDDR2中，转入步骤2-3）；
2-3）返回2-1），直至获取并存储剩余的7个积分时间下的所有非均匀性校正参数；
非均匀性校正的参数调用根据驱动模块计数器的计数来进行选取，图像到来时，根据计数的数值调用对应积分时间下的非均匀性校正参数。
步骤3）校正后的图像经过一个除数为8的除法器，图像的数值变为原先的八分之一。校正后的图像经过除法器后，如果余数为0、1、2或3时，则结果取除法器的商，如果余数为4、5、6或7时，则结果取除法器的商的基础上+1。
步骤4）对步骤3）中经过除法器的每个循环中的所有图像求和并存入LPDDR2中，当完成同一个循环中的8帧图像的累加后，再开始下一个循环的重新累加。每个循环内的8帧图像数据的累加和存储方式，具体步骤为：
4-1）将第一帧数据存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-2）当第二帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第二帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-3）当第三帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第三帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-4）当第四帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第四帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-5）当第五帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第五帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-6）当第六帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第六帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-7）当第七帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第七帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-8）当第八帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第八帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第三个地址空间中。
步骤5）当同一个循环的第一帧图像和第五帧图像到来时，分别进行LPDDR2中的图像读取并传送给后续图像处理模块，最终输出视频图像。每当计数器计到0和4时，分别从LPDDR2的第三个地址读出数据送给后续图像处理模块，后续图像处理模块对数据进行细节增强、直方图均衡化、裁剪和PAL制显示等，最终图像数据传送给显示设备，输出图像视频。
实施例1
采用分辨率为320×256，位宽为14位的输入图像，采用的FPGA的型号为5CEFA5C19I7，采用的制冷型红外热像仪为SOFRADIR公司的MARS-LW-RM3，给探测器的时钟频率为6MHz，每30000个时钟输出一帧图像，探测器采用四路输出的方式。
分别用积分时间参数为10μs、200μs和八个不同积分时间参数的组合分三次成像，并对不同积分时间条件下得到的最终图像进行采集，得到的结果如图2中的（a）（b）（c）所示，由图像可以看出，观察的场景中有高温物体烙铁。在积分时间较短时，烙铁头没有饱和，可以看到相关细节，但是旁边的文字已经模糊，对比度较低，不能清晰分辨；当积分时间较高时，文字可以清晰分辨，但烙铁早已饱和，不能获得有效的信息；当采用多积分时间下的高动态范围成像方法成像后，图像中的烙铁没有饱和，细节可以分辨，并且一旁的文字也可以清晰地分辨，从而达到了提高红外热像仪动态范围，获取更多有效信息的目的。
Claims (7)
1.一种制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）将制冷型红外热像仪输出的图像以8帧图像为一个循环，同一个循环内的每帧图像积分时间互不相同；
步骤2）将得到的每一帧图像都经过非均匀性校正模块，去除图像的非均匀性，得到校正后的图像；
步骤3）校正后的图像经过一个除数为8的除法器，图像的数值变为原先的八分之一；
步骤4）对步骤3）中经过除法器的每个循环中的所有图像求和并存入LPDDR2中，当完成同一个循环中的8帧图像的累加后，再开始下一个循环的重新累加；
步骤5）当同一个循环的第一帧图像和第五帧图像到来时，分别进行LPDDR2中的图像读取并传送给后续图像处理模块，最终输出视频图像。
2.根据权利要求1所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于：上述步骤1）中，同一个循环内的八帧图像积分时间互不相同，具体步骤为：
1-1）设置一个计数器，计数器位于驱动模块内，计数器从0到7循环计数，每当一帧新的图像输入时计数器+1；
1-2）提前设置好8个不同的积分时间，每当计数器+1就取下一个积分时间，以此类推直到一个循环结束；
1-3）下一个循环开始时再依次将这个8积分时间送给制冷型红外热像仪。
3.根据权利要求2所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于，上述步骤1）中，对制冷型红外热像仪输入时钟和输出图像的帧数要求为：
给制冷型红外热像仪的时钟频率为6MHz，制冷型红外热像仪每秒输出200帧图像，采用四路输出的方式。
4.根据权利要求1所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于，上述步骤2）中，将得到的每一帧图像都经过非均匀性校正模块，去除图像的非均匀性，具体步骤如下：
2-1）将积分时间全部设置为8个积分时间中的第一个，在该积分时间下进行参数标定，获得非均匀性校正参数，转入步骤2-2）；
2-2）将这个积分时间下的非均匀性参数存到LPDDR2中，转入步骤2-3）；
2-3）返回2-1），直至获取并存储剩余的7个积分时间下的所有非均匀性校正参数；
2-4）、当图像到来时，根据计数器的数值调用对应积分时间下的非均匀性校正参数，对当前图像进行非均匀性校正。
5.根据权利要求1所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于，上述步骤3）中，校正后的图像经过除法器后，如果余数为0、1、2或3时，则结果取除法器的商，如果余数为4、5、6或7时，则结果取除法器的商的基础上+1。
6.根据权利要求1所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于，上述步骤4）中，每个循环内的8帧图像数据的累加和存储方式，具体步骤为：
4-1）将第一帧数据存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-2）当第二帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第二帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-3）当第三帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第三帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-4）当第四帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第四帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-5）当第五帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第五帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-6）当第六帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第六帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第二个地址空间中；
4-7）当第七帧数据到来时，从LPDDR2中的第二个地址空间中读出数据，将其和第七帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第一个地址空间中；
4-8）当第八帧数据到来时，从LPDDR2中的第一个地址空间中读出数据，将其和第八帧的数据依次相加，得到的数据之和存入LPDDR2的第三个地址空间中。
7.根据权利要求1所述的制冷型红外热像仪高动态范围成像的实现方法，其特征在于：上述步骤5）中，每当计数器计到0和4时，分别从LPDDR2的第三个地址读出数据送给后续图像处理模块，后续图像处理模块对数据进行细节增强、直方图均衡化、裁剪和PAL制显示，最终图像数据传送给显示设备，输出图像视频。
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