本發(fā)明屬于視頻圖像去噪技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法。

背景技術(shù)：

紅外成像系統(tǒng)能夠捕獲人眼無法看見的紅外信息，在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。紅外焦平面陣列是當(dāng)前紅外成像系統(tǒng)使用的主流技術(shù)，它具有體積小、制造成本低、敏感度高等優(yōu)點(diǎn)。紅外焦平面陣列通常采用列輸出方式，即一個(gè)讀出電路讀取焦平面陣列中位于相同列的傳感器響應(yīng)。由于各讀出電路無法做到完全相同，這種差異會(huì)在紅外圖像中產(chǎn)生明顯的條狀固定模式噪聲。為了消除條狀固定模式噪聲，主要有兩類方法：基于標(biāo)定的固定模式噪聲消除方法和基于場(chǎng)景的固定模式噪聲消除方法。基于標(biāo)定的噪聲消除方法需要在拍攝過程中使用黑體(各處溫度相同的物體)校正參數(shù)，因此會(huì)中斷拍攝過程?；趫?chǎng)景的噪聲消除方法僅使用連續(xù)拍攝的場(chǎng)景圖像序列估計(jì)校正參數(shù)，但容易導(dǎo)致“偽影”現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，針對(duì)每幀紅外圖像條狀噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，通過最小化校正圖像的能量估計(jì)校正參數(shù)，利用線性變換校正圖像條狀噪聲，計(jì)算當(dāng)前幀校正參數(shù)時(shí)，利用了前一幀圖像的校正參數(shù)，因此對(duì)每一幀紅外圖像的處理所需計(jì)算量小，適合視頻圖像的實(shí)時(shí)去噪，在有效消除視頻圖像的條狀噪聲的同時(shí)不會(huì)造成圖像細(xì)節(jié)模糊，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、輸入首幀紅外圖像：輸入首幀帶有條狀噪聲的紅外圖像Y¹(i,j)，其中，首幀紅外圖像Y¹(i,j)的像素為M×N，i＝1,2，…，M且j＝1,2，…，N；

步驟二、校正參數(shù)初始化：初始化增益校正參數(shù)G₀(j)和偏置校正參數(shù)O₀(j)；

步驟三、當(dāng)前幀紅外圖像校正及校正圖像輸出，過程如下：

步驟301、設(shè)置迭代次數(shù)K及迭代校正序號(hào)k：設(shè)定輸入迭代次數(shù)為K，并給定初始迭代校正序號(hào)k＝0；

步驟302、根據(jù)公式計(jì)算第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后的紅外圖像其中，s為輸入的紅外圖像的幀序號(hào)且s＝1,2，…，S，S≥1，k≤K且K≥1，G_(s-1)K+k(j)為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次迭代后計(jì)算得到的紅外圖像第j列的增益校正參數(shù)，O_(s-1)K+k(j)為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次迭代后計(jì)算得到的紅外圖像第j列的偏置校正參數(shù)；

步驟303、根據(jù)公式計(jì)算第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像梯度的模其中，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i，j)像素處的梯度的模值；

步驟304、根據(jù)公式更新校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)和O_(s-1)K+k(j)，其中，G_(s-1)K+k+1(j)為校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)更新一次后的增益校正參數(shù)，O_(s-1)K+k+1(j)為校正參數(shù)O_(s-1)K+k(j)更新一次后的偏置校正參數(shù)，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)且λ為更新步長且為正常數(shù)；

步驟305、判斷k＜K是否成立：當(dāng)k＜K成立時(shí)，循環(huán)步驟302至步驟304；當(dāng)k＜K不成立時(shí)，k取K，根據(jù)公式計(jì)算并輸出當(dāng)前幀紅外圖像校正后的圖像并執(zhí)行步驟四；

步驟四、輸入下一幀紅外圖像；

步驟五、多次循環(huán)步驟三至步驟四，實(shí)時(shí)對(duì)連續(xù)輸入的紅外視頻數(shù)據(jù)校正輸出。

上述的一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于：步驟二中所述

上述的一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于：所述K取1～10。

上述的一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于：所述λ取0～1。

上述的一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于：步驟304中為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)對(duì)于其增益校正參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)且為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)對(duì)于其偏置校正參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)且其中，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i+1，j)像素處梯度的模值，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i，j+1)像素處梯度的模值。

上述的一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，其特征在于：所述紅外圖像Y^s(i,j)的像素均為M×N。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、在拍攝過程中，由于受外部環(huán)境影響，紅外焦平面陣列讀出電路的增益和偏置電壓會(huì)隨著時(shí)間而緩慢變化，本發(fā)明根據(jù)每一幀紅外圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)估計(jì)和更新增益校正參數(shù)與偏置校正參數(shù)，可獲得更好的去噪效果。

2、本發(fā)明中新一幀紅外圖像的校正參數(shù)是基于前一幀紅外圖像的校正參數(shù)更新得到，每一幀紅外圖像只需要計(jì)算更新量，所需計(jì)算量小，節(jié)省視頻圖像校正時(shí)間，適用于視頻圖像的實(shí)時(shí)去噪。

3、本發(fā)明由于每一幀紅外圖像的校正參數(shù)只是在前一幀紅外圖像的校正參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了少量的更新，因此相鄰兩幀之間的校正參數(shù)變化不會(huì)很大，避免了由于校正參數(shù)的顯著變化而導(dǎo)致的相鄰幀差異。

綜上所述，本發(fā)明針對(duì)每幀紅外圖像條狀噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，通過最小化校正圖像的能量估計(jì)校正參數(shù)，利用線性變換校正圖像條狀噪聲，計(jì)算當(dāng)前幀校正參數(shù)時(shí)，利用了前一幀圖像的校正參數(shù)，因此對(duì)每一幀紅外圖像的處理所需計(jì)算量小，適合視頻圖像的實(shí)時(shí)去噪，在有效消除視頻圖像的條狀噪聲的同時(shí)不會(huì)造成圖像細(xì)節(jié)模糊，便于推廣使用。

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用的紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除設(shè)備的電路原理框圖。

圖2為本發(fā)明的方法流程框圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—視頻采集模塊； 2—數(shù)據(jù)處理模塊。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括一種紅外視頻圖像條狀噪聲實(shí)時(shí)消除方法，包括以下步驟：

步驟一、輸入首幀紅外圖像：輸入首幀帶有條狀噪聲的紅外圖像Y¹(i,j)，其中，首幀紅外圖像Y¹(i,j)的像素為M×N，i＝1,2，…，M且j＝1,2，…，N；

本實(shí)施例中，所述紅外圖像Y^s(i,j)的像素均為M×N。

需要說明的是，采用視頻采集模塊1連續(xù)輸入紅外視頻數(shù)據(jù)，紅外視頻數(shù)據(jù)以幀為單位采集輸出，每幀所述紅外圖像的像素均為M×N，像素M×N的紅外圖像表示圖像包含M行，每行有N個(gè)像素，實(shí)際使用中，視頻采集模塊1包括紅外焦平面探測(cè)器，數(shù)據(jù)處理模塊2為計(jì)算機(jī)、高速微控制器或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，紅外焦平面探測(cè)器中的紅外焦平面陣列通常采用列輸出方式，即一個(gè)讀出電路讀取紅外焦平面陣列中位于相同列的傳感器響應(yīng)，本實(shí)施例中，采用視頻采集模塊1采集每幀像素為288×384的紅外圖像并傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊2中連續(xù)處理輸出，采用視頻采集模塊1采集的每幀所述紅外圖像的像素均為288×384，每幀圖像中均包含了條狀非均勻性噪聲。

步驟二、校正參數(shù)初始化：初始化增益校正參數(shù)G₀(j)和偏置校正參數(shù)O₀(j)；

本實(shí)施例中，步驟二中所述

初始化增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)，給定

步驟三、當(dāng)前幀紅外圖像校正及校正圖像輸出，過程如下：

步驟301、設(shè)置迭代次數(shù)K及迭代校正序號(hào)k：設(shè)定輸入迭代次數(shù)為K，并給定初始迭代校正序號(hào)k＝0；

本實(shí)施例中，所述K取1～10。

步驟302、根據(jù)公式計(jì)算第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后的紅外圖像其中，s為視頻采集模塊1采集的紅外圖像的幀序號(hào)且s＝1,2，…，S，S≥1，k≤K且K≥1，G_(s-1)K+k(j)為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次迭代后計(jì)算得到的紅外圖像第j列的增益校正參數(shù)，O_(s-1)K+k(j)為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次迭代后計(jì)算得到的紅外圖像第j列的偏置校正參數(shù)；

步驟303、根據(jù)公式計(jì)算第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像梯度的模其中，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i，j)像素處的梯度的模值；

步驟304、根據(jù)公式更新校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)和O_(s-1)K+k(j)，其中，G_(s-1)K+k+1(j)為校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)更新一次后的增益校正參數(shù)，O_(s-1)K+k+1(j)為校正參數(shù)O_(s-1)K+k(j)更新一次后的偏置校正參數(shù)，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)且λ為更新步長且為正常數(shù)；

步驟305、判斷k＜K是否成立：當(dāng)k＜K成立時(shí)，循環(huán)步驟302至步驟304；當(dāng)k＜K不成立時(shí)，k取K，根據(jù)公式計(jì)算并輸出當(dāng)前幀紅外圖像校正后的圖像并執(zhí)行步驟四；

通過數(shù)據(jù)處理模塊2存儲(chǔ)校正參數(shù)G_sK(j)和O_sK(j)，輸出當(dāng)前幀紅外圖像校正后的圖像

步驟四、輸入下一幀紅外圖像；

步驟五、多次循環(huán)步驟三至步驟四，實(shí)時(shí)對(duì)連續(xù)輸入的紅外視頻數(shù)據(jù)校正輸出。

每輸入一幀紅外圖像，更新校正參數(shù)一次，進(jìn)而校正一幀紅外圖像并校正圖像輸出，以此類推。

本實(shí)施例中，所述λ取0～1。

本實(shí)施例中，由于視頻采集模塊1采集的視頻圖像帶有明顯的條狀噪聲，需要調(diào)節(jié)合適的增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)來消除每幀圖像條狀噪聲，為了將視頻圖像條狀噪聲消除，并使視頻圖像輸出連續(xù)快速，每幀圖像去噪時(shí)間要盡可能的短，因此，每幀圖像只進(jìn)行K次校正，K取1～10，輸入一幀紅外圖像后，利用前一幀紅外圖像的增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)和當(dāng)前幀紅外圖像，采用梯度下降法找到使能量函數(shù)減小的新增益校正參數(shù)和偏置校正參數(shù)。

實(shí)際操作中，λ取值不易過大，若λ取值過大，會(huì)造成視頻處理效果差，無法找到最優(yōu)參數(shù)，λ取值過小，找到最優(yōu)參數(shù)的速度會(huì)慢，需要更多幀圖像處理找到最優(yōu)參數(shù)，本實(shí)施例中，更新步長λ取0.0001，更新效果好。

本實(shí)施例中，步驟304中為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)對(duì)于其增益校正參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)且為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的能量函數(shù)對(duì)于其偏置校正參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)且其中，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i+1，j)像素處梯度的模值，為第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像在(i，j+1)像素處梯度的模值。

實(shí)際計(jì)算時(shí)，更新校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)和O_(s-1)K+k(j)分別計(jì)算，能量函數(shù)對(duì)增益校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)的偏導(dǎo)數(shù)忽略偏置校正參數(shù)O_(s-1)K+k(j)變化的影響，由于能量函數(shù)第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像梯度的模且可得的值與第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的像素值和第s幀紅外圖像Y^s(i,j)的像素值均有關(guān)，能量函數(shù)對(duì)偏置校正參數(shù)O_(s-1)K+k(j)的偏導(dǎo)數(shù)忽略增益校正參數(shù)G_(s-1)K+k(j)變化的影響，可得的值僅與第s幀紅外圖像Y^s(i,j)第k次校正后紅外圖像的像素值有關(guān)，采用梯度下降法更新校正參數(shù)，處理速度快。

實(shí)際使用中，對(duì)視頻圖像的條狀噪聲去噪效果明顯，在滿足處理每一幀紅外圖像所需時(shí)間要求下，為使視頻圖像校正效果最優(yōu)，本實(shí)施例中，每一幀紅外圖像在迭代次數(shù)K取3，更新步長λ取0.0001下，連續(xù)實(shí)時(shí)對(duì)視頻采集模塊1采集的紅外圖像進(jìn)行去噪處理，持續(xù)輸出條狀噪聲消除的清晰視頻，使用效果好。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。