DE68925456T2

DE68925456T2 - Verfahren zur Bildkontrastverbesserung

Info

Publication number: DE68925456T2
Application number: DE68925456T
Authority: DE
Inventors: Patrick Fitzhenry; Lawrence A Scanlan
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2009-10-25
Also published as: JPH02163882A; EP0366099A3; DE68925456D1; EP0366099A2; EP0366099B1; IL91751A; US5063607A; TR26267A; JP2550186B2; ES2081825T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildverarbeitung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bildverbesserung durch eine Szenenhistogrammabänderung.
Thermische Abbildungssysteme, wie zum Beispiel Vorwärts-Infrarot-(FLIR)-Systeme sammeln eine Strahlung von einer abzubildenden Szene, die die Temperatur davon anzeigt. Infrarotsensoren wandeln diese gesammelte Strahlung typischerweise in analoge elektrische Signale, welche durch einen Analog-zu-Digital-wandler geleitet werden und in einem RAM-(Direktzugriffs)-Speicher gespeichert werden. Diese digitalen Daten aus der Szene werden verarbeitet und nachfolgend verwendet, um ein statisches Bild zu erzeugen oder einen Videoanzeige-Ansteuerstromkreis zu speisen.
Die digitalen Daten aus der Szene werden verarbeitet, um die Intensität des sich ergebenden statischen Bildes oder der Videoanzeige zu steuern. Zum Beispiel werden in dem Fall einer herkömmlichen "schwarz-und-weiß"-Videoanzeige die Temperaturen der Szene (wie sie digital im RAM dargestellt sind) durch ein Bildverarbeitungsverfahren auf eine Anzahl von Schattierungen von grau zwischen schwarz und weiß abgebildet. In einigen Systemen ist diese Abbildung linear. Das heißt, die maximalen und minimalen digitalen RAM-Eingaben (die den maximalen und minimalen Szenentemperaturen entsprechen) werden für gewöhnlich so zugewiesen, daß sie den Bildschattierungen von weiß und schwarz entsprechen. Eine lineare Übertragungsfunktion wird dann zwischen diesen Temperaturextrema aufgebaut und wird verwendet, um Zwischenszenentemperaturen auf entsprechende Schattierungen von grau abzubilden. Deshalb sind bei einer Bildverarbeitung, die lineare Abbildungsverfahren verwendet, die verfügbaren Schattierungen von grau gleichmäßig entlang der Temperaturbereiche angeordnet, die innerhalb der abzubildenden Szene existieren.
Fig. 1a zeigt ein Histogramm der digitalen Eingaben, die von einer thermischen Strahlung erzeugt werden, die von einer abzubildenden Szene empfangen wird. Die horizontale Achse in Fig. 1a entspricht dem Bereich von digital dargestellten Szenentemperaturen. Die vertikale Achse des Histogramms ist der Anzahl von Speicherstellen zugehörig, die eine einzelne digitale Szenentemperatur enthalten. Zum Beispiel ist eine digitale Szenentemperatur A in B Speicherstellen vorhanden. Eine lineare Übertragungsfunktion L bildet digitale Eingaben (Szenentemperaturen) auf der horizontalen Achse auf ein Spektrum der verfügbaren Schattierungen von grau 5 ab. Eine Prüfung von Fig. 1a offenbart, daß die Temperaturen von Interesse aus der Szene, die durch das Histogramm in Fig. 1a dargestellt ist, zwischen den digitalen Eingaben C und D und zwischen den Eingaben E und F konzentriert sind. Es folgt, daß die Schattierungen von grau zwischen Punkten G und H und zwischen Punkten I und J beim Aufbauen eines Bildes der Szene verwendet wurden. Als Ergebnis der linearen Abbildungsfunktion L wurden unglücklicherweise die Schattierungen von grau zwischen H und I beim Erzeugen des Szenenbildes nicht verwendet. Folglich begrenzt das lineare Abbildungsverfahren den Bildkontrast, der innerhalb von Temperaturbereichen von Interesse erzielbar ist, durch ein gleichmäßigen Anordnen der verfügbaren Schattierungen von grau durchgehend durch das Temperaturspektrum der Szene.
Fig. 1b stellt ein Bildverarbeitungsverfahren dar, das als Histogrammabgleich bekannt ist, bei dem die verfügbaren Schattierungen von grau nichtlinear an den vorherrschenden Temperaturen innerhalb der abzubildenden Szene angeordnet sind (siehe z.B. T Pavlidis, Algorithms for Graphics and Image Processing. Weitere Verfahren dieses Typs sind aus der FR-A-2 293 011 und aus dem Artikel "TV-rate histogram equalization processor for the electron microscope" von Matsuda et.al., im Rückblick auf Scientific Instruments, vol. 51, Nr. 9, Sept. 1980, S. 1225-1230, bekannt.). Ge- nauer gesagt werden die Histogramme in den Figuren 1a und 1b aus der gleichen Szene abgeleitet, aber in Fig. 1b werden die Szenentemperaturen durch eine nichtlineare Abbildungsfunktion N auf ein Spektrum S' der verfügbaren Schattierungen von grau abgebildet. Die Abbildungsfunktion N wird durch Integrieren des Histogramms in Fig. 1b erzeugt. Wie es nach einer Prüfung von Fig. 1b ersichtlich ist, ist das Spektrum von nichtverwendeten Schattierungen von grau in Fig. 1b kleiner als in Fig. 1a. Demgemäß sind durch ein Verwenden einer Histogrammabgleichsabbildung anstelle einer linearen Abbildung eine größere Anzahl von Schattierungen von grau verfügbar, um einen Bildkontrast innerhalb von Szenentemperaturen von Interesse zu verbessern.
Unglücklicherweise sind Realzeit-Videoanzeigesysteme aufgrund von rechnerischen Zwängen, die durch die verfügbare Hardware auferliegen, derzeit nicht in der Lage, einen Histogrammabgleich direkt auszuführen. Das heißt, die vorhergehend beschriebene nichtlineare Abbildungsfunktion N ist aufgrund der großen Menge von Szenentemperaturdaten nicht geeignet, um schnell genug abgeändert zu werden, um ausreichend in Realzeit auf eine sich ändernde Szene zu reagieren.
Das Problem eines Verbesserns eines Bilddetails (Kontrasts) wird in bestimmten Abbildungssystemen durch ein Beinhalten eines verhältnismäßig kleinen "Fensters" innerhalb des Sichtfelds der Szene gelöst. Ein Detail innerhalb des Fensters ist durch ein Formulieren einer Abbildungsfunktion, die ausschließlich auf der Grundlage von Szenentemperaturen innerhalb des kleinen Fensters steht, zu verbessern. Zum Beispiel zeigt Fig. 2 das Sichtfeld F einer Szene, bei der eine Abbildungsfunktion aufgebaut wird, die Szenentemperaturen von einem darin beinhaltenden Fenster W verwendet. Die Abbildungsfunktion wird für gewöhnlich aufgebaut, um die Anzahl von Schattierungen von grau (Kontrast) zu maximieren, die an dem Bereich von Szenentem- peraturen innerhalb des Fensters W verfügbar sind. In Fig. 2 wird das Fenster W so ausgewählt, daß es lediglich den Boden und nicht den Himmel beinhaltet, um den Temperaturbereich zu verschmälern, an welchem die verfügbaren Schattierungen von grau anzuordnen sind. Des weiteren ist aufgrund der verringerten Anzahl von Datenpunkten innerhalb des Fensters W bezüglich des gesamten Sichtfelds F eine Realzeitbildverarbeitung möglich.
Wenn jedoch, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, das Sichtfeld F derart übertragen wird, daß das Fenster W ebenso einen Abschnitt P des Himmels beinhaltet, wird der Szenentemperaturbereich, aus welchem die Abbildungsfunktion aufgebaut wird, wieder mit dem des gesamten Sichtfelds F ver gleichbar sein und eine kleine, wenn überhaupt, Kontrastverbesserung wird innerhalb des Bereichs des sich ergebenden Bildes auftreten, der dem Fenster W entspricht. Es folgt, daß Verfahren, um einen Kontrast innerhalb eines Fensters des Sichtfelds einer Szene zu optimieren, bei Anwendungen ungeeignet sein können, in denen Realzeitänderungen in dem Sichtfeld zu breiten Szenentemperaturdifferenzen führen können.
Daher besteht ein technischer Bedarf nach einem rechnerisch wirkungsvollen Verfahren zum Steuern der Intensität eines Bildes einer Szene, welches für Realzeitanwendungen geeignet ist.
Die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung, ein rechnerisch wirkungsvolles Verfahren eines Bildintensitätssteuems zu schaffen, wird durch die im Anspruch 1 angegebenen vorteilhaften Merkmale gelöst.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung detaillierter beschrieben, in der:
Fig. 1a ein Histogramm von digitalen Eingaben zeigt, die von einer thermischen Strahlung erzeugt werden, die von einer abzubildenden Szene empfangen wird;
Fig. 1b das Bildverarbeitungsverfahren eines Histogrammabgleichs darstellt;
Fig. 2 das Sichtfeld einer abzubildenden Szene zeigt, wobei das Sichtfeld ein Fenster aufweist, in welchem ein Szenenkontrast zu verbessern ist;
Fig. 3 eine erläuternde Darstellung des Sichtfelds einer Szene zeigt, wobei das Sichtfeld ein Fenster aufweist, das einen Abschnitt des Sichtfelds einschließt, das einen breiten Szenentemperaturbereich aufweist;
Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines FLIR-Systems zeigt, bei welchem das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zeigt, welches die prinzipiellen Schritte darstellt, die in dem Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind; und
die Figuren 6a, 6b und 6c erläuternd ein Verfahren eines Formulierens der Intensitätssteuerübertragungsfunktion darstellen, das in dem Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines FLIR-Systems 10, bei welchem das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das System 10 beinhaltet einen Sensor 20, welcher eine Infrarotstrahlung von einer abzubildenden Szene sammelt. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 beinhaltet der Sensor 20 eines Infrarotdetektorgruppe&sub1; die in einem mikroprozessorgesteuerten Turm befestigt ist. Die Infrarotdetektoren erzeugen analoge Spannungen, die die thermische Szene in dem Sichtfeld des Sensors 20 darstellen. Die analogen Szenentemperaturspannungen werden von einem Ableichs/Regenerierungsmodul 30 leistungsabgeglichen und gleichstromregeneriert. Als nächstes werden die analogen Szenentemperaturspannungen mit einem Analog-zu-Digital-Wandler 40 in digitale Werte gewandelt und in einem Sensorspeicher 50 gespeichert. Der Sensorspeicher 50 wird mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit (z.B. 30 Hz) aktualisiert, um Änderungen der thermischen Szene genau wiederzuspiegeln. Außerdem beinhaltet ein Sensorspeicher 50 in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 eine Speichermatrix, die typischerweise Abmessungen in der Größenordnung von 320 Reihen mal 752 Spalten aufweist. Jede digitale Eingabe, die in der Matrix gespeichert ist, entspricht einer Szenentemperatur in einem einzigen Bereich des Sichtfelds des Sensors 20.
Das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird in einem Videointensitätssteuermodul 60 verwendet, das in dem System 10 beinhaltet ist, um die Szenentemperaturdaten in dem Sensorspeicher 50 zu verarbeiten. In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist ein Mikroprozessor 62, wie zum-Beispiel ein Intel 8086, in dem Modul 60 beinhaltet, um die Ausführung des Bildkontrastverbesserungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zu unterstützen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Mikroprozessor 62 eine ausreichende Hochwertigkeit aufweisen, um in einer Sprache einer höheren Ordnung, wie zum Beispiel PLM 86, programmiert zu werden. Wie es nachstehend beschrieben wird, enthält das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Formulieren und Speichern einer digitalen Intensitätssteuerübertragungsfunktion (Übersichtstabelle) 64 in einem RAM. Ein Untersatz der Daten in einem sensorischem Speicher 50 wird in dem Mikroprozessorspeicher 66 gespeichert und daraufhin von dem Mikroprozessor 62 verarbeitet, um die digitale Übertragungsfunktion 64 zu realisieren. Außerdem bein- haltet ein Abschnitt eines Mikroprozessorsspeichers 66 einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher, in welchem Anweisungen zum Steuern des Mikroprozessors 62 gespeichert sind. Einem Aufbauen der digitalen Übertragungsfunktion 64 folgend, werden Szenentemperaturdaten aus einem Sensorspeicher 50 dadurch geleitet, und von einem Analog-zu-Digital-Wandler 70 zu analogen Spannungen gewandelt. Diese analogen Spannungen werden ungefähr mit einer Geschwindigkeit von 5 Hz aktualisiert und werden verwendet, um eine Videoanzeige 80 anzusteuern. Auf diese Weise kann das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung in einem Abbildungssystem 10 verwendet werden, um eine Realzeiteinstellung der Intensität einer Videodarstellung einer Szene zu bewirken.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, welches die prinzipiellen Schritte beschreibt, die in dem Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Obgleich die folgende Beschreibung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung auf ein Computerprogrammausführungsbeispiel davon gerichtet ist, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Die gesamte Abfolge von fünf Schritten, die in Fig. 5 gezeigt ist, wird durchgeführt, um eine erste Intensitätssteuerübertragungsfunktion (Übersichtstabelle) 64 aufzubauen. Schritte 2 bis 5 werden dann mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 5 Hz aufeinanderfolgend, wiederholt durchgeführt, um die erste Intensitätssteuerfunktion als Reaktion auf Abänderungen der digitalen Temperaturszenendaten in dem Sensorspeicher 50 zu aktualisieren. Wie es zuvor erwähnt worden ist, werden die Szenedaten in dem Sensorspeicher 50 geändert, wenn sich die Szene in dem Sichtfeld des Sensors 20 ändert. Wiederum werden Daten, die in dem Sensorspeicher 50 gespeichert sind, durch die Intensitätssteuerübertragungsfunktion 64 multipliziert, um die Intensität der Videoanzeige 80 zu steuern.
Der Initialisierungsschritt in Fig. 5, der lediglich durchgeführt wird, während die erste digitale Intensitätssteuerübertragungsfunktion formuliert wird, beinhaltet ein Initialisieren eines Übertragungsfunktionsindexes auf Null.
Der Übertragungsfunktionsindex erkennt die digitale Eingabe, die einer einzelnen Szenentemperatur entspricht. Ein Histogrammindex wird zu Beginn ebenso auf Null gesetzt. Der Histogrammindex wird unter Bezugnahme auf den vierten Schritt, der in Fig. 5 gezeigt ist, beschrieben.
Der zweite Schritt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das als Flußdiagramm in Fig. 5 dargestellt ist, beinhaltet ein Abtasten des Sensorspeichers 50. Wie es zuvor erwähnt worden ist, beinhaltet der Sensorspeicher 50 in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 eine Matrix von digitalen Werten, wobei jeder Wert die Temperatur eines Bereichs der abzubildenden Szene darstellt. Werte von jeder anderen horizontalen Zeile in der Matrix und von einer ausgewählten Anzahl von Spalten werden in einem Mikroprozessorspeicher 66 gespeichert und werden in einem weitergehenden Schritt verwendet, um ein Histogramm der digitalen Szenentemperaturen, die in dem Speicher 50 gespeichert sind, anzunähern. Es wird vorgeschlagen; daß ein Minimum von einem Sechzehntel der Werte in dem Speicher 50 auf die zuvor beschriebene Weise ausgewählt wird, um einen geeigneten ausreichenden Abtastwert der Temperaturen der abzubildenden Szene zu erhalten. Außerdem ist dieses Abtastverfahren darauf gerichtet, die Aussicht zu verbessern, daß der dynamische Bereich von Szenentemperaturen, die in dem Mikroprozessorspeicher 66 gespeichert sind, im wesentlichen die wiederspiegelt, die in dem Sensorspeicher 50-gespeichert sind. Als nächstes wird ein Histogramm des abgetasteten Satzes von digitalen Szenentemperaturen durch ein Zählen der Anzahl eines Auftretens jeder digitalen Szenentemperatur in dem abgetasteten Satz aufgebaut.
Der dritte Schritt, der in dem Flußdiagramm in Fig. 5 gezeigt ist, ist der eines Löschens der akkumulierten Histogrammzähler. Der dritte Schritt in Fig. 5 unterscheidet sich abhängig davon, ob die erste Intensitätssteuerübertragungsfunktion anfänglich aufgebaut worden ist oder von einer nachfolgenden Iteration durch das Flußdiagramm in Fig. abgeändert worden ist. Das heißt, in dem ersteren Fall sollte sowohl der Übertragungsfunktionsindex als auch der Histogrammindex während einer Initialisierung auf Null gesetzt worden sein und sollte so verbleiben. In dem letzteren Fall sind diese beiden Indizes ungleich Null und sollten auf Null zurückgesetzt werden. In beiden Fällen sollte ein akkumulierter Histogrammzählwertindex ebenso auf Null gesetzt werden. Der akkumulierte Histogrammzählwertindex wird in dem vierten Schritt in Fig. 5 verwendet, wenn ein skaliertes Integral des Histogramms berechnet wird, das im Schritt 2 aufgebaut worden ist. Außerdem wird in dem dritten Schritt, der in Fig. 5 gezeigt ist, ein Skalierfaktor, der in dem vierten Schritt in Fig. 5 zu verwenden ist, berechnet. Wiederum ist die Berechnung des Skalierfaktors abhängig davon, ob momentan die erste oder eine nachfolgende Iteration des Flußdiagramms in Fig. 5 auftritt. In dem ersteren Fall ist der Skalierfaktor als der Quotient des maximal zulässigen Werts der Intensitätssteuerübertragungsfunktion und des geschätzten Maximalwerts des Integrals des Histogramms definiert, das im Schritt 2 gesammelt worden ist. In dem letzteren Fall ist der Skalierfaktor als der Quotient des maximal zulässigen Werts der Intensitätssteuerübertragungsfunktion und des Maximalwerts des Integrals des Histogramms definiert, das von der vorhergehenden Iteration gespeichert worden ist. Der maximal zulässige Wert der Intensitätssteuerübertragungsfunktion wird durch den maximalen Signalpegel bestimmt, der von der Videoanzeige 80 zugelassen wird.
Der vierte Schritt in dem Flußdiagramm in Fig. 5 beinhaltet ein Berechnen der Intensitätssteuerübertragungsfunktion aus der Information, die in den ersten drei Schritten aufgebaut worden ist. Das heißt, die digitale Szenenübertragungsfunktion weist eine skalierte Näherung des Integrals des Histogramms auf, das im Schritt 2 gesammelt worden ist. Der Wert des Histogramms wird durch ein Erhöhen des Histogrammindexes über den ersten Satz von Histogramm-"Behältern" (d.h. den Satz von niedrigsten Szenentemperaturen) summiert. Diese Histogrammsumme wird dem akkumulierten Histogrammzählwertindex zugewiesen. Der Wert der Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei der höchsten Szenentemperatur in dem ersten Satz von Behältern wird dann durch ein Multiplizieren des akkumulierten Histogrammzählwertindexes mit dem Skalierfaktor berechnet. Als nächstes wird der Wert des Histogramms über einen angrenzenden zweiten Satz von Histogrammbehältern summiert. Diese Histogrammsumme über den zweiten Satz von Behältern wird dann zu dem akkumulierten Histogrammzählwertindex addiert. Wiederum wird der Wert der Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei der höchsten Szenentemperatur (Behälter) in dem zweiten Satz von Behälter durch ein Multiplizieren des Momentanwerts des akkumulierten Histogrammzählwertindexes mit dem Skalierfaktor berechnet. Nun kann, da die Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei zwei Szenentemperaturen berechnet worden ist, eine Interpolation verwendet worden, um die Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei Szenentemperaturen dazwischen zu berechnen. Der Übertragungsfunktionsindex wird durch die ersten und zweiten Sätze von Behältern erhöht, um die Geschwindigkeit des Interpolationsverfahrens zu steuern. Auf diese Weise wird die Intensitätssteuerübertragungsfunktion so formuliert, daß sie ein skaliertes Integral des Histogramms annähert, das im Schritt 2 ermittelt worden ist.
Die Figuren 6a, 6b und 6c stellen erläuternd das Verfahren eines Formulierens der Intensiätssteuerübertragungsfunktion dar, das vorhergehend bezüglich des vierten Schritts in Fig. 5 beschrieben worden ist. Fig. 6a zeigt einen Bereich eines Histogramms, das auf der Grundlage eines abgetasteten Satzes von Szenentemperaturdaten aus einem Sensorspeicher 50 aufgebaut worden ist. Das heißt, Fig. 6a beinhaltet Daten aus zwölf aufeinanderfolgenden Szenentem peraturbehältern. Die Temperaturdifferenz zwischen jedem Behälter ist eine Funktion des Temperaturbereichs der abzubildenden Szene. Das heißt, die in dem Histogramm in Fig. 6a zu beinhaltenden maximalen und minimalen Szenentemperaturen können während des Initialisierungsschritts, der in Fig. 5 gezeigt ist, spezifiziert werden. Wiederum entspricht der Wert des Histogramms in Fig. 6a bei jedem Temperaturbehälter der Anzahl eines Auftretens dieser Temperatur in dem abgetasteten Satz von Szenentemperaturen, die von dem Sensorspeicher 50 gesammelt worden sind. Demgemäß ist zu sehen, daß ein verhältnismäßig kleines Detail in der abzubildenden Szene in dem Temperaturbereich von Behältern vier bis acht dargestellt wird. Im Gegensatz dazu spannen Behälter neun bis zwölf einen Temperaturbereich eines verhältnismäßig höheren Szenedetails auf.
Fig. 6b stellt die Ergebnisse eines aufeinanderfolgenden Summierens von Histogrammbehältern eins bis vier, fünf bis acht und neun bis zwölf dar. Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, wird der akkumulierte Histogrammzähler von Null auf die Summe von Behältern eins bis vier aktualisiert und die Summe wird dem Behälter vier in Fig 6b zugewiesen. Der Wert im Behälter vier in Fig. 6b wird dann mit dem Skalierfaktor multipliziert und Behälter vier der Intensitätssteuerübertragungsfunktion, die in Fig. 6c gezeigt ist, zugewiesen. Die Werte der Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei Behältern eins, zwei und drei werden dann durch eine Interpolation zwischen Null und dem Wert erzielt, der im Behälter vier vorhanden ist. Als nächstes wird die Summe von Behältern fünf bis acht in Fig. 6a zu dem akkumulierten Histogrammzähler addiert und die sich ergebende Summe wird dem achten Behälter in Fig. 6b zugewiesen. Die Summe in dem achten Behälter in Fig. 6b wird mit dem Skalierfaktor multipliziert und dem achten Behälter der Intensitätssteuerübertragungs funktion zugewiesen. Die Werte der Intensitätssteuerübertragungsfunktion bei den fünften, sechsten und siebten Behältern werden durch ein Interpohe ren zwischen den Werten in den vierten und achten Behältern davon bestimmt. Dieses Verfahren setzt sich fort, bis die Intensitätssteuerübertragungsfunktion für alle Temperaturbehälter erzeugt worden ist. Es ist anzumerken, daß die Anzahl von Behältern, die ausgewählt werden, um umgruppiert und summiert zu werden, typischerweise sowohl die Berechnungsgeschwindigkeit des Verfahrens der vorliegenden Erfindung als auch den Grad eines Kontrasts, der in dem sich ergebenden Bild der Szene verursacht wird, beeinträchtigen. Demgemäß wird die Anzahl von gruppierten Behältern von Zwängen abhängen, die durch einzelne Anwendungen auferlegt werden.
Die vertikale Achse in Fig. 6c ist zu den Signalpegeln proportional, die verwendet werden, um die Videoanzeige 80 in Fig. 4 anzusteuern und ist deshalb zu der Intensität des sich ergebenden Bildes proportional. Wie es in Fig. 6c gezeigt ist, wird ein höherer Prozentsatz der Schattierungen von grau, die für eine Bildanzeige verfügbar sind, an Temperaturbereichen eines hohen Szenedetails angeordnet, als an Temperaturbereichen, die einem niedrigen Szenedetail zugehörig sind. Es ist daher ein Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, daß es den Kontrast von Bereichen eines verhältnismäßig hohen Details eines Szenebildes auf eine rechnerisch wirkungsvolle Weise verbessert.
Der fünfte Schritt, der in dem Flußdiagramm in Fig. 5 beinhaltet ist, ist der eines Speicherns des Maximalwerts des (unskalierten) Histogrammintergrals. Das heißt, dieser Schritt wird durch ein Speichern des Endwerts des Histogrammzählwertindexes durchgeführt. Wie es zuvor erwähnt worden ist, wird dieser Wert nachfolgend in der folgenden Iteration während eines Schritts 3 verwendet, um den Skalierfaktor zu berechnen. Es wird stillschweigend angenommen, daß sich der Maximalwert des Histogrammzählwertindexes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Iterationen durch das Flußdiagramm in Fig. 5 nicht wesentlich ändern wird. Diese Annahme ist gewährleistet, wenn Schritte zwei bis fünf in Fig. 5 mit einer geeigneten hohen Geschwindigkeit (zum Beispiel 5 Hz) so wiederholt werden, daß sich die Gesamttemperatur der Szene in dem Sichtfeld des Sensors 20 in Fig. 4 zwischen Iterationen nicht bedeutend ändert. Auf diese Weise kann der Skalierfaktor berechnet werden, bevor das Histogrammintegral der momentanen Iteration beendet ist. Es folgt, daß die Berechnungsgeschwindigkeit durch ein Nichtaufweisen eines "Wartens" für eine Berechnung des Skalierfaktors auf der Grundlage des momentanen Histogramms vor einem Aufbauen der Intensitätssteuerübertragungsfunktion verbessert wird.
Obgleich es oft eine Aufgabe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, den Kontrast von detaillierten Bereichen eines Bildes einer Szene zu verschärfen, kann es unter bestimmten Umständen erwünscht sein, den Kontrast des Bildes zu "erweichen". Bei solchen Fällen kann die Intergration des Histogramms, die vorhergehend unter Bezugnahme auf Schritt 4 in Fig. 5 beschrieben worden ist, geeignet abge ändert werden. Bezüglich Fig. 6c ist zu sehen, daß die Bereiche von Temperaturbehältern, die den höchsten Kontrast aufweisen (d.h. die Sätze von Behältern, die an den größten Prozentsätzen der verfügbaren Schattierungen von grau angeordnet sind) den Behälterbereichen in Fig. 6a entsprechen, die die verhältnismäßig größten Histogrammwerte aufweisen. Demgemäß wird eine entsprechende Verringerung in dem Kontrast auftreten, der durch das sich ergebende Videobild hervorgebracht wird, wenn die Prozentsatzdifferenz des Werts des Histogramms zwischen den Temperaturbehältern in Fig. 6a verringert wird. Diese Verringerung in der Prozentsatzänderung des Histogramms in Fig. 6a kann durch ein Addieren einer "Behältervorspannungs"-Konstante zu jedem Tem- peraturbehälter in Fig. 6a bewirkt werden. Offensichtlich kann die Behältervorspannungs-Konstante während eines Integrierens des Histogramms in Fig. 6a eingeschlossen sein und muß nicht direkt zu dem Histogramm in Fig. 6a addiert werden, um den rechnerischen Wirkungsgrad beizubehalten. Daher kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung so abgeändert werden, daß es einen verhältnismäßig geringen Kontrast in das Bild einer Szene einführt.
Obgleich es für gewöhnlich erwünscht ist, kalte Szenentemperaturen auf dunkle Schattierungen von grau und wärmere Szenentemperaturen auf verhältnismäßig hellere Schattierungen von grau abzubilden, kann in einigen Anwendungen das Umgekehrte benötigt werden. In dem Fall in Fig. 6c muß ihre Intensitätssteuerübertragungs funktion geeignet abgeändert werden, um eine solche umgekehrte Abbildung zu bewirken. Das heißt, das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann durch ein umgekehrtes Integrieren des Histogramms in Fig. 6a einfach so geändert werden, daß sie eine "schwarz=heiß"-Übertragungsfunktion vorsieht. Das heißt, eine Integration wird"mit Ausnahme davon auftreten, wie es vorhergehend beschrieben worden ist, daß das Histogramm in Fig. 6a zuerst über die größten Temperaturbehälter integriert wird und sich von rechts nach links anstelle von links nach rechts fortsetzt. Auf diese Weise wird ein Bildkontrast einer Bildpolaritätsumkehr folgend ohne die Notwendigkeit einer äußeren Bedienereinstellung in Bereichen eines hohen Szenedetails erzielt - ein äußerst bedeutsames Merkmal bei Realzeitanwendungen.
Somit ist die vorliegenge Erfindung unter Bezugnahme auf ein besonderes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer besonderen Anwendung beschrieben worden. Jene, die technisch bewandert sind und Zugriff auf die Lehren der vorliegenden Erfindung haben, werden zusätzliche Abänderungen und Anwendungen innerhalb deren Umfang erkennen. Zum Beispiel kann das Bildkontrastverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung bei anderen Abbildungssystemen als FLIR-Realzeitvideosystemen verwendet werden. Fachleute können andere Realzeit- oder statische Abbildungssysteme kennen, welche das rechnerisch wirkungsvolle Verfahren der vorliegenden Erfindung nutzen würden. Auf eine ähnliche Weise können andere Abtastverfahren als die, die hierin offenbart worden sind, verwendet werden, um ein Histogramm aus digitalen Szenentemperaturdaten zu sammeln, die in einem Sensorspeicher gespeichert sind, ohne den Umfang der Erfindung, wie er beansprucht ist, zu verlassen. Außerdem können Änderungen des hierin beschriebenen Verfahrens zum Annähern des Histogrammintervalls verwendet werden, ohne den Umfang der Erfindung, wie er beansprucht ist, zu verlassen.

Claims

1. Bildkontrastverbesserungsverfahren zum Einstellen der Intensität eines Bildes einer Szene, wobei dieses Bild aus elektrischen Signalen realisiert wird, die als Reaktion auf eine Strahlung erzeugt werden, die von einer Mehrzahl von Bereichen in einem Sichtfeld einer Szene empfangen wird, wobei dieses Verfahren den Schritt eines Füllens einer ersten Matrix mit einer Mehrzahl von digitalen Eingaben beinhaltet, die jedem der Signale entsprechen, wobei die Mehrzahl von digitalen Eingaben einen Maximal- und einen Minimalwert aufweist, bei dem die Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert der digitalen Eingaben einen ersten dynamischen Bereich definiert, wobei dieses Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:

[a] Abtasten der ersten Matrix, um einen ersten Abtastsatz der Mehrzahl von digitalen Eingaben zu erzeugen, wobei dieser erste Abtastsatz einen zweiten dynamischen Bereich aufweist, der im wesentlichen ähnlich zu dem ersten dynamischen Bereich ist;

[b] Aufbauen eines Histogramms des ersten Abtastsatzes von digitalen Eingaben;

[c] mindestens Annähern des Integrals des - Histogramms, um eine erste Übertragungsfunktion zu erzeugen, welche einen Wert bei jeder der Mehrzahl von digitalen Eingaben aufweist;

[d] Erzeugen einer zweiten Matrix, die eine Mehrzahl von digitalen Eingaben aufweist, die durch ein Multiplizieren jeder der Mehrzahl von digitalen Eingaben der ersten Matrix mit dem Wert der ersten Übertragungsfunktion bei jeder der Eingaben erzielt wird; und

[e] Erzeugen des Bildes durch ein Ansteuern einer Anzeige mit Signalen, die aus der Mehrzahl von digitalen Eingaben der zweiten Matrix abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt eines Skalierens der ersten Übertragungsfunktion.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt [a] des Abtastens der ersten Matrix den Schritt eines Sammelns der Eingaben von wechselnden Reihen der ersten Matrix beinhaltet.

4. Verfahren nach Anspruch. 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt [a] eines Abtastens der ersten Matrix des weiteren den Schritt eines Sammelns der Eingaben aus jeder N- ten Spalte der ersten Matrix beinhaltet, wobei die Anzahl der Spalten geradzahlig durch N teilbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt [c] eines mindestens Annäherns des Integrals des Histogramms des weiteren den Schritt eines Addierens einer Vorspannungskonstante einer niedrigsten Szenentemperatur zu jeder der Mehrzahl von digitalen Eingaben beinhaltet, um den Kontrast des Bildes zu verringern.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt [c] eines mindestens Annäherns des Integrals des Histogramms des weiteren die Schritte beinhaltet:

[a] Summieren der Werte des Histogramms von einem ersten sequentiellen Untersatz des ersten Abtastsatzes von digitalen Eingaben, um eine erste Summe zu akkumulieren und die erste Summe dem Wert des angenäherten Integrals an der größten digitalen Eingabe in dem ersten Untersatz zuzuweisen;

[b] Summieren der Werte des Histogramms von einem zweiten sequentiellen Untersatz des ersten Abtastsatzes von digitalen Eingaben, um eine zweite Summe zu akkumulieren, wobei der zweite Untersatz auf einer Achse des Histogramms in der Nähe des ersten Untersatzes liegt, und vorübergehendes Zuweisen der zweiten Summe, daß sie der Wert des angenäherten Integrals an der größten digitalen Eingabe in dem zweiten Untersatz wird;

[c] Summieren der ersten und zweiten Summen, um eine dritte Summe zu bilden;

[d] Zuweisen der dritten Summe, daß sie der Wert des angenäherten Integrals an der größten digitalen Eingabe in dem zweiten Untersatz wird; und

[e] Annähern des Werts des Histogrammintegrals über dem zweiten Untersatz durch ein Interpolieren zwischen den ersten und dritten Summen.

7. Verfahren nach- einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte:

[a] Speichern des Maximalwerts der ersten Übertragungs funktion;

[b] Aktualisieren der ersten Matrix mit einer Mehrzahl von digitalen Eingaben aus einer zweiten abzubildenden Szene;

[c] Abtasten der aktualisierten ersten Matrix, um einen zweiten Abtastsatz von digitalen Eingaben zu erzeugen;

[d] Aufbauen eines zweiten Histogramms des zweiten Abtastsatzes von digitalen Eingaben;

[e] mindestens annäherndes Integrieren des zweiten Histogramms, um eine zweite Übertragungsfunktion zu erzeugen, wobei die zweite Übertragungsfunktion einen Wert bei jeder Eingabe der zweiten Szene aufweist;

[f] Aktualisieren der zweiten Matrix durch ein Multiplizieren jeder der Eingaben der aktualisierten ersten Matrix mit sowohl dem Wert der zweiten Übertragungsfunktion an jeder der Eingaben der aktualisierten ersten Matrix als auch mit einem Skalierfaktor, der zu dem Quotienten des Maximalsignalwerts, der von Anzeige zugelassen wird, und dem gespeicherten Maximalwert der ersten Übertragungsfunktion proportional ist; und

[g] Aktualisieren des Bildes durch ein Ansteuern der Anzeige mit der aktualisierten zweiten Matrix.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Schritt [c] eines mindestens Annäherns des Integrals des Histogramms durch ein Integrieren über die größte zu der kleinsten der Mehrzahl von digitalen Eingaben durchgeführt wird.