朱雙雙

摘要：為了復(fù)原紅外圖像的熱源，采用了光學(xué)傳遞函數(shù)的方法復(fù)原熱源圖像。首先，根據(jù)光學(xué)傳遞函數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)選取適當(dāng)?shù)膮?shù)值，從而獲得熱氣流退化圖像的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。然后，采用Lucy-Richardson方法進(jìn)行復(fù)原處理，對復(fù)原圖像通過YIQ變換來復(fù)原其溫度場彩色信息。最后，通過標(biāo)線處灰度曲線以及邊緣銳度（EvA）、標(biāo)準(zhǔn)差、熵的參數(shù)評價(jià)分析方法來對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)分析，熱源圖像利用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的EVA、標(biāo)準(zhǔn)差和熵分別有不同程度的提高，復(fù)原后圖像的灰度曲線波動幅度明顯大于原圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于光學(xué)傳遞函數(shù)的復(fù)原方法對紅外圖像的熱源復(fù)原具有明顯的效果。

關(guān)鍵詞：圖像處理;熱源復(fù)原;光學(xué)傳遞函數(shù);Lucy-Richardson;質(zhì)量評價(jià)

中圖分類號：TN219 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0256-03

對于紅外圖像的復(fù)原是圖像處理的一個(gè)非常重要的分支，在醫(yī)學(xué)、物理等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。有關(guān)圖像復(fù)原的研究最早開始于20世紀(jì)60年代，至今已經(jīng)歷五十多年的歷史，經(jīng)過50年多年的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者提出了大量的圖像復(fù)原方法，但由于紅外圖像本身具有自身的特點(diǎn)，使得暫時(shí)還沒有有效的紅外圖像處理方法。正是如此，才促使人們探索新的圖像處理方法去充分地利用紅外技術(shù)為科學(xué)技術(shù)服務(wù)。

對紅外圖像進(jìn)行處理其實(shí)質(zhì)是通過各種運(yùn)算及變換來提取和增強(qiáng)圖像中的有用信息，以達(dá)到識別我們感興趣的目標(biāo)的目的。紅外圖像處理方法和方案的選擇是依賴處理的目的和紅外圖像本身的特點(diǎn)來確定的。

由于在紅外熱像儀拍攝熱源圖像的過程中，熱源圖像本身會產(chǎn)生熱氣流，因此所采集的熱源圖像受到熱氣流的影響，其圖像的質(zhì)量將會下降，變得失真、模糊、含有噪聲。而熱源圖像所產(chǎn)生的熱氣流與光學(xué)傳遞函數(shù)密切相關(guān)。

因此，本文通過研究光學(xué)傳遞函數(shù)的特性，實(shí)驗(yàn)獲得熱氣流的退化函數(shù)，并結(jié)合Lucy-Richardson算法來復(fù)原紅外熱源圖像。

1紅外圖像復(fù)原原理

1.1熱氣流退化圖像的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)

光學(xué)傳遞函數(shù)分為長曝光光學(xué)傳遞函數(shù)和短曝光光學(xué)傳遞函數(shù)，長曝光OTF定義為：

2熱源圖像復(fù)原質(zhì)量評價(jià)

2.1主觀評價(jià)

主觀評價(jià)是指評價(jià)人以自己的主觀感受來對熱源復(fù)原圖像的質(zhì)量做出評價(jià)。這種評價(jià)能對復(fù)原圖像進(jìn)行方便、快速的評價(jià)，并且過程直觀、簡單，但是這種評價(jià)容易受到評價(jià)人的文化程度、生活環(huán)境、經(jīng)驗(yàn)以及測試環(huán)境等諸多因素的影響，不同的評價(jià)人或者相同評價(jià)人在不同時(shí)刻評價(jià)的結(jié)果都可能存在一定的差異，同時(shí)也缺乏一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，因此，需要先對復(fù)原圖像進(jìn)行主觀評價(jià)，再進(jìn)行客觀定量評價(jià)。

2.2客觀評價(jià)

客觀質(zhì)量評價(jià)方法的主要內(nèi)容是：首先根據(jù)圖像的特性選擇合適的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)算法來計(jì)算圖像中的信息，最后以數(shù)據(jù)的形式輸出，以此來作為一種評價(jià)圖像的質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

由于紅外熱源圖像具有邊界模糊的特點(diǎn)。因此，可采用邊緣銳度（Edge Acutance value，EAV）的算法來評價(jià)紅外熱源復(fù)原的清晰度。復(fù)原的紅外熱源圖像越清晰，其邊緣也越清晰，邊緣的灰度變化也越劇烈。清晰度評價(jià)的計(jì)算式如下：

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

首先選用電加熱片和圓形加熱片作為實(shí)驗(yàn)對象，用紅外熱像儀FLIR E40對其紅外熱成像，然后根據(jù)光學(xué)傳遞函數(shù)，選取適當(dāng)?shù)膮?shù)值，并用Lucy-Richardson方法進(jìn)行復(fù)原處理，最后對復(fù)原的灰度圖像進(jìn)行YIQ溫度場還原。復(fù)原后的熱源圖像以及標(biāo)線處的灰度曲線圖如圖1，2所示，由灰度曲線可知，復(fù)原后的電加熱片和圓形加熱片的灰度曲線波動幅度都明顯大于原圖，因此其清晰度都得到了明顯的提高。

另外，對其他熱源物體，其復(fù)原后的熱源圖以及標(biāo)線處灰度曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

除了采用灰度曲線對比分析以外，還采用客觀評價(jià)的方法對復(fù)原后的熱源圖像進(jìn)行對比分析，主要采用EVA、標(biāo)準(zhǔn)差以及熵三種評價(jià)函數(shù)，評價(jià)結(jié)果如下表所示，由表1可知，采用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的電加熱絲和圓形加熱片的清晰度都得到了提高。

4結(jié)論

本文中提出了利用與熱氣流有關(guān)的光學(xué)傳遞函數(shù)的方法復(fù)原紅外圖像的熱源，并分別分析了電加熱片以及圓形加熱片的復(fù)原結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)對比，從主觀上看，光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的標(biāo)線處的灰度曲線比原圖的波動幅度更大，使得熱源邊界清晰，對比度增強(qiáng)，達(dá)到熱源復(fù)原的目的;從客觀上看，由表1可知，電加熱片利用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的EVA、標(biāo)準(zhǔn)差和熵分別提高了46.89%、7.17%和0.85%;圓形加熱片利用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的EVA、標(biāo)準(zhǔn)差和熵分別提高了79.23%、2.65%和2.17%;管道利用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的EVA、標(biāo)準(zhǔn)差和熵分別提高了25.31%、6.94%和3.89%;發(fā)電機(jī)利用光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原后的EVA、標(biāo)準(zhǔn)差和熵分別提高了28.88%、14.31%和5.95%。因此，采用與熱氣流有關(guān)的光學(xué)傳遞函數(shù)復(fù)原熱源的方法能夠使熱源圖像的清晰度得到提高，復(fù)原紅外圖像的熱源的清晰度和對比度。這對紅外熱成像領(lǐng)域的熱源的分析研究有著一定的實(shí)踐意義與理論價(jià)值。