一种基于三次样条的红外热图像盲元补偿算法制造技术

本发明专利技术提出了一种基于三次样条的红外热图像盲元补偿算法。首先，通过盲元检测，获得红外热图像的盲元分布图。其次，对于每一个盲元点，分别以红外热图像中与该盲元同行同列的像元的坐标为插值节点，构造行方向和列方向二个方向的三次样条，分别求出这二个三次样条在盲元点的插值，取二个插值的均值为盲元的初次补偿值。经过对红外热图像所有盲元进行初次补偿后，再对盲元进行二次补偿：对于每一个盲元点，分别以红外热图像中与该盲元同行同列的像元和经过初次补偿的其他盲元的坐标为插值节点，构造行方向和列方向二个方向的三次样条，分别求出这二个三次样条在该盲元点的插值，取二个插值的均值为该盲元的二次补偿值。遍历所有红外热图像中所有盲元，得到实现二次盲元补偿的红外热图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外热图像处理领域，具体涉及一种基于红外焦平面热成像系统中红外热图像的盲元补偿新机制的算法研究。
技术介绍
目前，红外焦平面阵列(IRFPA)作为新一代探测器已广泛应用于军事，医疗，消防，交通，电力，建筑，电子制造和石化冶金等诸多领域。由红外焦平面阵列(IRFPA)构成的红外热视频动态成像系统的成像质量已经越来越多地影响和制约着相关行业的发展。由于半导体制造工艺水平的限制，使得(IRFPA)器件上难免会存在着某些缺陷。因此，使得所成红外热图像产生盲元(即坏元和响应异常像元)。这严重地影响了红外热视频成像系统的成像质量。因此，对盲元进行有效地补偿显得具有极其重要的意义。目前，国内外已经提出了许多种盲元补偿方法。但总的来说可以分为两大类：第一类为基于时间序列的补偿法，它是利用序列图像的帧间相关性，从相邻帧获取盲元补偿信息。其优点在于能够很好地保持目标的边缘信息，但缺点是对前后帧的依赖性强；第二类为基于序列图像空间的补偿法，它是借助盲元周围像素的灰度信息对其进行补偿。一般使用相邻元替代，线性插值和中值滤波等方法。该类算法的主要优点在于流程简单，可操作性强，但目前使用的方法往往会使图像的细节部分变得模糊。因此，本专利提出了一种新的基于序列图像空间的补偿方法，这种方法利用三次样条函数插值来实现盲元补偿，不仅能够有效地剔除盲元，而且还能够很好地保持目标的边缘信息，所恢复出的图像具有良好的视觉效果。盲元补偿是采用盲元周围的有效图像信息或前后帧的图像信息对盲元位置的信息进行预测和替代的过程。在参考国内外的各种检测算法的基础上，根据红外热图像自身的特点和计算数学上的插值理论，本专利提出一种基于三次样条函数插值的红外热图像盲元补偿新机制。(一)三次样条函数的概念：三次样条插值法是在插值节点之间，通过构造三次多项式(一个或一组不同阶多项式)来形成一条把所有主干节点连接起来的平滑的三次样条曲线，对插值节点处的函数值进行拟合的过程。三次样条函数插值定义如下：给定区间[a，b]的一个划分：Δ：a＝x1＜x2＜…＜xn＝b和一个函数f在这些分点上的值：f1＝f(x1)，f2＝f(x2)，…，fn＝f(xn)若函数S(x)满足下列条件：(1)S(xi)＝fi，i＝1，…，n；(2)S(x)在每个小区间[xi-1，xi]上是一个三次多项式：S(x)＝ai+bix+cix2+dix3，i＝2，…，n；-->(3)S(x)，S′(x)，S″(x)在[a，b]上连续；则称这样的三次样条函数S(x)为在区间[a，b]上的三次样条插值函数。从上面的定义可知，S(x)有4(n-1)个参数需要确定。三次样条的插值要求给出了n个条件，三次样条的连续性要求给出了3(n-2)个条件，总共给出了(4n-6)个条件，尚缺的2个条件由边界条件给出。常用的边界条件有3种：(1)Ⅰ类边界条件：S′(x1)＝f′1，S′(xn)＝f′n。(2)Ⅱ类边界条件：S″(x1)＝f″1，S″(xn)＝f″n。(3)Ⅲ类边界条件：S(k)(x1+0)＝S(k)(xn-0)，k＝1，2。(二)三次样条插值函数的构造：记mi＝S″(xi)，i＝1，…，n。因为S(x)在区间[xi-1，xi]上是一个三次多项式，因此，S″(x)是一次多项式，利用S(x)二阶导数的连续性，根据两点间距离公式，可得：S′′(x)=mi-1x-xixi-1-xi+mix-xi-1xi-xi-1,x∈[xi-1,xi]---[1]]]>对S″(x)在区间[xi-1，xi]上做二次积分，并利用S(x)的插值条件确定两次积分中出现的常数项，由此可得：S(x)=mi-1(xi-x)36hi+mi(x-xi-1)36hi+(fi-1-mi-16hi2)xi-xhi+(fi-mi6hi2)x-xi-1hi]]>hi＝xi-xi-1，x∈[xi-1，xi]    【2】利用S(x)一阶导函数的连续性，进一步可得：μimi-1+2mi+λimi+1＝gi    【3】这里μi=hihi+hi+1,]]>λi=hi+1hi+hi+1,]]>gi=6hi+hi+1(fi+1-fihi+1-fi-fi-1hi),]]>i＝2，…，n-1方程组【3】中含有n个未知数m1，m2，…，mn，而方程只有(n-2)个，另外2个方程由边界条件给出：(1)在Ⅰ类边界条件下，由S′(x1)＝f′1和S′(xn)＝f′n可以导出以下2个方程：2m1+m2=6h2(f2-f1h2-f1′)=g1---[4]]]>mn-1+2mn=6hn-1(fn′-fn-fn-1hn)=gn---[5]]]>将方程【4】【5】与方程【3】合在一起，即可得到确定m1，m2，…，mn的线性方程组-->(2)在Ⅱ类边界条件下，由于在区间端点处二阶导数m1＝f″1和mn＝f″n已知，所以方程组【3】中实际上只包含有(n-2)个未知数m2，m3，…，mn-1，因此有：(3)在Ⅲ类边界条件下，由S″(x1+0)＝S″(xn-0)和S′(x1+0)＝S′(xn-0)可以得到2个方程m1＝mn                   【8】λnm2+μnmn-1+2mn＝gn    【9】其中λn=h2h2+hn,]]>μn=hnh2+hn,]]>gn=6h2+hn(f2-f1h2-fn-fn-1hn)]]>将方程【8】【9】和方程【3】合在一起，即可得到确定m1，m2，…，mn的线性方程组
技术实现思路
本专利提出了一种通过利用构造三次样条插值函数的方法，对红外热图像中的盲元的灰度进行插值，从而实现对整幅红外热图像的盲元补偿。首先，通过盲元检测生成一幅表征红外热图像盲元原始分布信息的二进制标志图像(见图1)；其次，以盲元分布图中任意一个盲元点为中心，分别找出该盲元点所在行和所在列中的像元，以其灰度值为元素构造行向量组和列向量组，再分别以其行向量组和列向量组中的元素为插值节点对该中心盲元点的灰度进行三次样条插值，取其行插值灰度和列插值灰度的均值灰度作为该中心盲元点的补偿灰度值。遍历图像中的所有盲元点，用此方法-->对其进行盲元补偿，从而实现对整幅红外热图像的初次盲元补偿(见图2)；最后，以初次盲元补偿图像为基础，以图像中任意一个盲元点(已实现过初次盲元补偿的点)为中心，分别找出该盲元点所在行和所在列中的所有像素点(包含原始像元点和实现初次补偿后的盲元点)以其灰度值为元素构造行向量组和列向量组，再分别以其行向量组和列向量组中的元素为插值节点对该中心盲元点的灰度进行三次样条插值补偿，取其行和列插值灰度的均值作为该中心盲元点的补偿灰度值。遍历初次盲元补偿图像中的所有盲元点，用此方法对其进行二次插值盲元补偿，从而实现对整幅红外热图像的盲元补偿(见图3)。具体补偿过程如下：(见图5)(一)盲元检测设表示一幅带有盲元的红外热图像，这里i＝1，…，n，j＝1，…，n。通过盲元检测产生一幅表征红外热图像原始盲元分布信息的二进制标志图像矩阵(见图2)。具体盲元检测过程：(见图4)(二)初次盲元补偿设表示红外热图像中的一个盲元，这里1≤p≤n，1≤q≤n。又设该盲元所在行和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三次样条的红外热图像盲元补偿算法，其特征在于：①利用盲元所在行和列的像元为插值节点，构造三次样条插值函数对盲元点的灰度值进行初次插值补偿；②利用盲元所在行和列的像元和经过第一次补偿的其他盲元为插值节点，构造三次样条插值函数对盲元点的灰度值进行二次插值补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于三次样条的红外热图像盲元补偿算法，其特征在于：①利用盲元所在行和列的像元为插值节点，构造三次样条插值函数对盲元点的灰度值进行初次插值补偿；②利用盲元所在行和列的像元和经过第一次补偿的其他盲元为插值节点，构造三次样条插值函数对盲元点的灰度值进行二次插值补偿。2.如权利要求1所述的基于三次样条的红外热图像盲元补偿算法，其特征在于所述步骤①具体包括：首先，对红外热图像进行盲元检测，获得红外热图像的盲元分布图，然后，对于每一个盲元，以红外热图像中与该盲元同...

【专利技术属性】
技术研发人员：马争鸣，童随兵，肖颖，王艳丽，谭恒良，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]