利用长波红外偏振成像与光强图像融合的实验研究

红外图像与可见光图像融合笔记

红外图像与可见光图像融合 ——笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对 IHS 变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行 IHS 变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的 I 分量与已增强的红外图像进行 2 层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和 IHS 逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统 IHS 变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信息明显不如可见光图像。

红外偏振成像探测技术综述

第 28 卷 第 2 期 2006 年 2 月
红 外 技 术 Infrared Technology
Vol.28 No.2 Feb. 2006
〈综述与评论〉
红外偏振成像探测技术综述
聂劲松[1]，汪 震[2]
（1.电子工程学院 503 室，安徽 合肥 230037；2.中科院安徽光机所，安徽 合肥 230031）
摘要：论文对红外偏振成像技术进行了全面系统的综述，在论述红外偏振特性物理本质的基础上，指 出了红外偏振成像技术比较传统的红外成像技术具有的优势；给出了国内外该技术的研究概况；分析 了国外研究红外偏振成像技术得到的主要结论；最后，指出红外偏振成像技术不仅是红外侦察技术的 一次革命性进步，而且对传统的红外伪装技术提出了严峻的挑战，需要引起我们高度的重视。 关键词：偏振；红外；成像；探测技术 中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2006)02-0063-05
Summarize of Infrared Polarization Imaging Detection Technology
NIE Jing-song[1]，WANG Zhen[2]
（1.503 office, Institute of Electronic Engineering, Anhui Hefei, 230037, China; 2.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Anhui Hefei, 230031, China）
Abstract：The technology of infrared polarization imaging detect was discussed. The advantages of infrared polarization imaging detect to traditional infrared imaging detect were given, and the main conclusion of overseas on infrared polarization imaging detect was analyzed. In the end, the significance of infrared polarization imaging detection technology and the challenge of this technology to traditional detect technology were pointed out. Key words：polarization；infrared；imaging；detection technology 式显示隐蔽的军事目标。 红外偏振成像技术作为比较传统的红外成像技术 具有以下几点优势： 1） 偏振测量无需准确的辐射量校准就可以达到相 当高的精度，这是由于偏振度是辐射值之比。而在传 统的红外辐射量测量中红外测量系统的定标对于红外 系统的测量准确度至关重要。红外器件的老化，光电 转换设备的老化，电子线路的噪声，甚至环境温度、 湿度的变化都会影响到红外系统。如果红外系统的状 态已经改变，但是系统又没有及时定标，那么所测得 的红外辐射亮度和温度必然不能反映被测物的真实辐 射温度和亮度。 2） 根据调研国外公开发表的文献的数据说明， 目 标和背景差别较大，其中自然环境中地物背景的红外
收稿日期：2005-07-05；修改日期：2005-11-08 作者简介：聂劲松（1970－），男，博士，现在解放军电子工 程学院从事军用光学工程专业教学和科研工作，主 要研究方向是激光技术和光电子技术。
引言
由菲涅耳反射定律可知当非偏振光束从光滑介质 表面反射时，会产生部分偏振光。另外根据基尔霍夫 理论，热辐射也表现出偏振效应。所以地球表面和大 气中的任何目标，在反射和发射电磁辐射的过程中都 会产生由他们自身性质和光学基本定律决定的偏振特 性。不同物体或同一物体的不同状态（例如粗糙度、 含水量、构成材料的理化特征等）会产生不同的偏振 状态，且与波长有密切关系，形成偏振光谱。由于偏 振信息是不同于辐射的另一种表征事物的信息，相同 辐射的被测物体可能有不同的偏振度，使用偏振手段 可以在复杂的辐射背景下检出有用的信号，以成像方
偏振度非常小（＜1.5%） ，只有水体体现出较强的偏 振特性， 其偏振度一般在 8%～10%。 而金属材料目标 的红外偏振度相对较大，达到了 2%～7%，因此以金 63

红外图像与可见光图像融合笔记

红外图像与可见光图像融合 笔记 图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。 为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。 图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。 针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进 行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。 红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。 可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。 利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不 能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。 可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。 两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信 息明显不如可见光图像。

偏振成像研究综述

偏振成像研究综述 西安工业大学光电工程学院 学生：刘彬彬指导老师：高明 摘要：偏振成像技术是光学领域得一项新技术，国内外十分重视对该技术及其应用的研究。地球表面和大气中的目标在反射、散射、透射及发射电磁辐射的过程中，会产生由它们自身性质决定的特征偏振。由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性，又由于偏振特性与物体的表面状态和固有属性密切相关，加上不同种类的目标具有不同的偏振特性，使得偏振成像逐步发展成地基、航空和卫星观测的新技术手段。在全球气候变迁研究，对地遥感探测和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标，从偏振分析机制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振成像技术的研究进展，并结合国内外相关领域偏振成像实验研究结果，描述了偏振成像技术在大气、自然地物、人工目标、医学诊断以及天文学探测领域的应用基础研究情况，最后总结和展望了偏振成像技术的问题和发展趋势。 关键字：偏振成像技术；特征偏振：遥感探测。 1 引言 光波的信息量是非常丰富的。依据光波的电磁理论，光波包含的信息主要有：振幅（对应于光强），波长（频率），相位，偏振态。通常的光辐射成像是获取目标的光谱，辐射强度及空间状态等信息，用于反演目标性质参数。但是，从电磁波的横波性质来看，偏振或称极化也是电磁波的重要特征之一。偏振特性与物质性质密切相关，是遥感需要获取的主要信息参数。在光学波段，无论是可见还是红外谱段，不同目标都具有各自一定的偏振特性。偏振参数能够很好的表征被探测目标的性质特征。因此，人们将光学遥感与偏振测量技术相结合，促进了偏振成像技术的发展。 传统的遥感方法获取的信息主要是电磁强度特征和几何特征,而偏振特性取 决于其表面的固有属性，如其介质特征，结构特征，粗糙度，水分含量等，还与观察角度和辐照条件有关，正是由于偏振测量同非偏振测量（通常为光强测量）相比能获得与物质自身特性相关的偏振信息，所以，通过解析目标的偏振信息可以更加容易的识别目标，同时由于偏振测量所具有的上述优点，它在云和大气气溶胶的探测、地质勘探、海洋开发、农牧业发展和军事等相关领域都具有重要的应用价值。同时，传统偏振成像一般采用被动工作方式，具有隐蔽性好的优点，但成像效果和距离均受到气象条件、目标温度对比度和天空背景照度等因素的限制。激光照明偏振成像技术克服了被动成像的缺点，在远距离暗目标探测和水下探测方面有着重要的应用。相对于被动成像而言，主动成像不依赖目标自身辐射(热成像)和目标对太阳或月亮等次光源的反射(可见光或近红外成像)，而是依靠仪器自身(激光雷达)发出激光作为照明光源，由被探测目标反射或散射光子来提取目标的信息。所以激光照明偏振成像技术不受气象条件、目标温度及背景照度

基于视觉显著性的红外与可见光图像融合

第38卷第4期 2016年8月 光学仪器 OPTICAL INSTRUMENTS Vol. 38，No. 4 August,2016 文章编号：1005-5630(2016)04-0303-05 基于视觉显著性的红外与可见光图像融合 华玮平S赵巨岭S李梦S高秀敏〃 (1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018; 2.上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093) 摘要：多波段图像融合可以有效综合各个波段图像中包含的特征信息。针对可见光和红外图 像，提出了一种结合红外图像视觉显著性提取的双波段图像融合方法，一方面旨在凸显红外图 像的目标信息，另一方面又尽可能的保留了可见光图像的丰富细节信息。首先，在局部窗口内 实现红外图像的显著性图提取，并通过窗口尺寸的变化形成多尺度的显著性图，并对这些显著 性图进行最大值的优选叠加，以获取能反映整幅红外图像各个尺寸目标的显著性图；其次，通过 结合显著性图与红外图实现显著性图的加权增强；最后，利用增强的红外显著性图进行双波段 图像的融合。通过两组对比实验，数据表明该方法给出的融合图像视觉效果好，运算速度快，客 观评价值优于对比的7种融合方法。 关键词：图像融合；红外图像增强；视觉显著性 中图分类号：TN 911. 73 文献标志码：A doi:10. 3969/j. issa 1005-5630. 2016. 04. 005 Dual-band image fusion for infrared and visible images based on image visual saliency HUA Weiping1, ZHAO Jufeng1, LI Meng1, GAO Xiumin1,2 (1. Electronics and Information College, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China； 2. School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093，China) Abstract： Dual-band image fusion is able to well synthesize the feature information from the different bands. To fuse visible and infrared images, in this paper, an infrared image visual saliency detection-based approach was proposed. This method aimed to highlight the target information from infrared image, meanwhile preserve abundant detail information from visible one as much as possible. Firstly, visual saliency map was extracted within a local window, and multiple window-based saliency maps could be obtained by changing the size of local window. And the final saliency map was generated by selecting maximum value, and this map could mirror all target information in the infrared image. Secondly，the saliency map was enhanced by combining infrared image and the previous saliency map. Finally, the enhanced saliency map was used for dual-band image fusion. Comparing with other seven methods, the 收稿日期：2015-10-13 基金项目：国家自然科学基金项目（61405052，61378035) 作者简介：华玮平(1994 )，男，本科生，主要从事光学成像等方面的研究。E-m ail:564810049@qq.c〇m 通信作者：赵巨峰(1985 )，男，讲师，主要从事光学成像、图像处理等方面的研究。E-m ail:daba〇zjf@https://www.sodocs.net/doc/a016457944.html,.C n

中波红外光谱偏振成像技术及系统研究

中波红外光谱偏振成像技术及系统研究 光谱偏振成像技术是一种将光谱测量技术和偏振成像技术融为一体的新型 光学探测技术,它不仅可以获得被测目标物体的光谱信息,还可以获得被测目标 物体的图像信息和偏振信息,为目标物体的全方位准确识别提供了有力地保障。目前光谱偏振成像技术广泛应用于生物医学诊断、目标探测与识别、空间遥感、环境监测等领域。 为了能够准确理解光谱偏振成像技术的工作原理以及研究新型的光谱偏振 成像系统,本文依托于中波红外微型光谱测量系统、中波红外分孔径同时偏振成像系统对光谱偏振成像技术的光谱测量技术和偏振成像技术进行了研究。在此基础上,构建了中波红外光谱偏振成像系统。 中波红外光谱偏振成像系统是在传统的迈克尔逊系统的基础上,通过引入偏振调制模块和多级阶梯微反射镜,实现了偏振信息的测量和干涉系统的静态化。与传统的傅里叶变换型成像光谱系统相比,此系统除了具有光通量大、多通道的优点外,还具有信息量大的优点。 本论文的主要工作有以下三个部分:一、光谱测量技术研究:提出一种轻型的基于微光学元件的傅里叶变换光谱测量系统,并对系统进行了设计。改进了传统折衍混合单透镜光焦度的分配,得到了可应用于光谱测量系统的单片式准直系统。 基于波像差理论和Sellmeier色散公式,分析了前置准直系统残存的像差以及折衍混合单透镜的衍射面的衍射效率对光谱复原的影响。分析了微光学元件的衍射对光谱复原的影响。 与此同时,分析了微透镜阵列的像面和中继系统的物面的轴向装配误差对光谱复原的影响。最后借助光学分析软件ASAP对空间调制型的傅里叶变换红外光

谱测量系统进行了建模。 二、偏振成像技术研究:结合孔径分割技术和偏振探测技术,提出并设计了一种静态的中波红外分孔径同时偏振成像系统。采用等权重方差的优化方法对系统各通道线偏振片的偏振轴方向以及波片的快轴方向进行了优化,并通过仿真论证了优化方法的正确性。 基于分时偏振成像系统的傅里叶分析法和偏振测量结构的特点,提出一种误差标定和校准的新方法,并对标定理论进行了推导。对中波红外分孔径全偏振成像系统进行了装调、原理样机的集成和校准,并利用校准后的系统进行了偏振成像实验,观察到了明显的偏振现象。 最后对获得的偏振图像进行了图像融合,融合后的图像相较于普通光强图像,图像的细节更加清晰,图像的信息量更大,为目标景物的准确识别提供了有力的保障。三、光谱偏振成像技术研究:提出了一种基于微型静态干涉系统的中波红外傅里变换型线偏振干涉成像系,完成了系统的参数计算。 根据近轴光学理论,采用物镜像方远心和中继系统物方远心的设计方案,使物镜和中继系统很好的匹配,降低了能量损失。当入射光为非偏振光和线偏振光两种极端情况下,对系统的透过率进行了分析,进而对系统获取信息的能力进行评估。 采用邦加球螺旋线的采样方式,分析了旋转偏振的旋转误差,入射光的偏振度、偏振态对偏振信息准确测量的影响,并给出了旋转公差容限,为实际的装配提供指导。

红外和可见光图像融合算法研究

本科毕业设计论文题目红外和可见光图像融合算法研究 专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间

毕业 任务书 一、题目 红外和可见光图像融合算法研究 二、指导思想和目的要求 本题目来源于科研，主要研究红外和可见光图像的特点，学习适合于红外和可见光图像融合的算法，进而编程实现相关算法。希望通过该毕业设计，学生能达到： 1．利用已有的专业知识，培养学生解决实际工程问题的能力； 2．锻炼学生的科研工作能力和培养学生团队合作及攻关能力。 三、主要技术指标 1．学习红外和可见光图像的特点； 2．研究红外和可见光图像的像素级融合算法； 3．编程实现红外和可见光图像的融合。 四、进度和要求 第01周----第02周： 参考翻译英文文献； 第03周----第04周： 学习红外和可见光图像的特点； 第05周----第08周： 研究红外和可见光图像融合的算法； 第09周----第14周： 编写红外和可见光图像融合程序； 第15周----第16周： 撰写毕业设计论文，论文答辩。 五、主要参考书及参考资料 1. 敬忠良. 图像融合——理论与应用. 高等教育出版社. 2. 郭雷. 图像融合. 电子工业出版社. 3. 匡艳. 可见光与红外图像融合技术研究. 电子科技大学硕士学位论文. 4. 童明强. 红外图像与可见光图像融合的研究. 天津理工大学硕士学位论文. 学生 指导教师 系主任 设计 论文

摘要 红外技术作为人类认识自然、探索自然的一种新的现代工具，已经被各国普遍的应用于生物、医学、地学等科学领域以及军事侦察方面。红外图像直接反映了物体表面温度分布情况，但由于目标的红外辐射十分复杂，而且影响目标红外辐射的因素很多，红外热图像的清晰度远不如可视图像。可见光图像能够很好的描绘场景中各个物体的外形结构，具有较好的轮廓表现力，所以将红外和可见光图像融为一体有非常好的效果。而通过图像融合是实现这一效果的有效方法，融合后的图像可信度更高，模糊较少，可理解性更好，更适合人的视觉及对源图像的进一步分析、理解以及目标检测、识别或跟踪。图像融合充分利用了多个被融合图像中包含的冗余信息和互补信息，同时又不同于一般意义上的图像增强，它是计算机视觉、图像理解领域的一项新技术。 本文针对红外和可见光图像融合算法进行了研究。通过使用计算机图像处理方法，对同一场景的红外图像和可见光图像进行融合处理，得到一副单一的融合图像，它成功包含了两副源图像的信息。本文主要研究了利用MATLAB软件实现对红外和可见光图像的处理和融合，采用对应像素取大值、取小值、平均值，区域能量、区域对比度比较的融合方法，并且对融合结果图像使用信息熵、标准差、平均梯度、空间频率的评价指标进行了分析比较。结果表明，融合结果图像既保留了可见光图像的清晰的轮廓信息，同时也显示了目标物体的表面温度分布情况。 关键字：图像融合，红外图像，可见光图像，MATLAB软件