光子计数图像融合及彩色化技术研究

作     者：仲红玉 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹丽菊

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光子计数 图像融合 区域能量 颜色传递 亮度值重映射 

摘      要：随着微光图像处理技术的发展,光子计数图像融合及彩色化技术成为近几年的研究热点。光子计数图像融合及彩色化技术能够很好的延伸人眼视觉的感知能力,在航空航天、军事作战、军用和民用场景监控等方面有良好的应用场景。为了获得细节清晰、信息丰富以及色彩均匀、自然的彩色光子计数图像,本文对光子计数图像进行图像融合及彩色化处理。首先,设计并搭建了MPPC(Multi-piexl Photon Counter)光子计数成像实验平台,并编写了光学实验平台的软件运行程序,通过MPPC探测器在不同照度条件下,扫描被测目标图像,完成了对被测目标图像的采集工作,获得光子计数源图像,从而支持本文后续研究内容的展开。其次,针对区域能量融合规则的图像融合算法得到的图像存在轮廓不清晰,噪声严重的现象,以及算法运行耗时较长等缺陷,提出了一种改进区域能量融合规则的图像融合算法。计算两幅源图像高频部分对应区域的能量、邻域均方差、匹配度以及阈值,其中,阈值是由局部图像的像素值和均值计算得到。比较阈值和匹配度,如果匹配度大于阈值,采用加权区域能量法确定融合图像。如果匹配度小于阈值,选取局部区域能量较大的源图像像素点的增强值作为相应融合图像中的像素点值。仿真实验证明,本文提出的改进区域能量融合规则的图像融合算法得到的融合图像细节更清晰,目标更易识别,验证了本文所提出改进图像融合算法的有效性。最后,由于光子计数图像是灰度图像,人眼对灰度图像的识别明显低于彩色图像,所以,本文针对已有颜色传递算法中存在颜色误传、色彩不真实自然以及算法运行时间较长等问题,提出了一种基于多参数亮度值重映射的颜色传递算法。该算法通过引入由彩色参考图像和灰度目标图像列数和亮度共同决定的参数,对彩色参考图像亮度值进行运算,以使彩色参考图像的亮度值范围与灰度目标图像的亮度值范围相同。还根据目标像素和它周围的像素存在相关性,进行灰度目标图像与彩色参考图像的像素匹配。仿真实验结果表明,本文改进的多参数亮度值重映射的颜色传递算法降低了色彩误传现象,得到的彩色化光子计数图像色彩填充均匀并且自然,提高了人眼对光子计数图像中目标的识别率,增强了对光子计数图像场景的理解力。本文提出的改进图像融合算法和改进颜色传递算法都有效的缩短了程序运行时间。改进图像融合算法的信息熵、平均梯度和空间频率的数值分别提高了20%、25%和30%左右,改进颜色传递算法的客观评价指标的数值也得到了提高。