專利名稱：紅外熱圖像處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外熱圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自然界中，所有溫度在絕對零度(_273°C)以上的物體都會發(fā)出紅外線，紅外線(或稱熱輻射)是自然界中存在最為廣泛的輻射，利用探測器測定目標(biāo)物體本身和背景之間的熱輻射差異，可以得到不同的紅外熱圖像。紅外熱圖像就是利用紅外熱成像技術(shù)探測目標(biāo)物體的紅外輻射，然后通過光電轉(zhuǎn)換、信號處理等手段生成的目標(biāo)物體的溫度分布圖像。同一目標(biāo)物體的紅外熱圖像與可見光圖像不同，它并不能為人眼所能直觀看到，而是目標(biāo)物體表面溫度分布圖像，亦即，紅外熱圖像是將人眼不能直接看到的目標(biāo)物體的表面溫度轉(zhuǎn)化為人眼可以看到的表征目標(biāo)物體表面溫度分布的熱圖像。紅外探測器可以收集、記錄目標(biāo)物體(地物)輻射出來的人眼看不到的熱紅外輻射信息，利用這種熱紅外信息可以識別目標(biāo)物體以及反演目標(biāo)物體及周圍環(huán)境的特征參數(shù)(如溫度、發(fā)射率、濕度、熱慣量等)，從而獲取目標(biāo)物體及環(huán)境的熱狀況信息，推斷其特征及其與環(huán)境相互作用的過程。用紅外探測器觀察外界景物時，可獲得表征景物溫度分布的紅外熱圖像及同步產(chǎn)生的溫標(biāo)條，通過對溫標(biāo)條所示溫度范圍的確定，可以進一步讀取出相應(yīng)紅外熱圖像中各像素所對應(yīng)的實際溫度。由于可以輔助人眼識別，目前紅外探測器成像技術(shù)在軍事和民用等許多領(lǐng)域已獲得日益廣泛的應(yīng)用。然而市面上成熟的紅外熱圖像處理系統(tǒng)大多受限于器件本身，需依附于特定型號的紅外探測器并只能對該探測器輸出的特殊格式的紅外熱圖像進行處理，通用性很差，導(dǎo)致一般紅外熱圖像的處理及研究具有很大的局限性。而且，紅外熱圖像處理系統(tǒng)在對由不同紅外探測器得到的紅外熱圖像及溫標(biāo)條進行處理時，常會因為圖像邊框或背景而影響圖像信息的提取和溫度的識別，因此，如何在紅外熱圖像讀取及處理時避免非目標(biāo)物體背景產(chǎn)生干擾是目前急需解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種可以減少背景干擾的紅外熱圖像處理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案紅外熱圖像處理系統(tǒng)，包括通過通信接口模塊依次連接的紅外探測器、處理主機及顯示裝置；其中，處理主機包括圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元以及通過系統(tǒng)總線分別與圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元連接的存儲單元；圖像讀取單元通過通信接口模塊與紅外探測器及顯示裝置連接，用于讀取紅外探測器的圖片信息并將圖片信息存儲于存儲單元；圖像邊緣檢測單元用于將從存儲單元讀取的圖像進行邊緣確定并存儲于存儲單元中；圖像識別/處理單元通過通信接口模塊與顯示裝置連接，用于對圖像進行處理/識別。[0008]本實用新型的通信接口模塊為串行通信接口模塊。本實用新型的圖像讀取單元包括通過系統(tǒng)總線依次連接的信息讀取模塊和信息存儲模塊，所述信息讀取模塊通過系統(tǒng)總線與所述通信接口模塊連接，用于從所述紅外探測器讀取圖片信息，并將原始圖像通過顯示裝置顯示；所述信息存儲模塊通過系統(tǒng)總線與所述存儲單元連接，用于將所述信息讀取模塊讀取到的圖片信息的原始信息和灰度化后的信息存儲于所述存儲單元中。本實用新型的圖像邊緣檢測單元包括通過系統(tǒng)總線依次連接的角點掃描模塊和邊緣標(biāo)識模塊，所述存儲單元通過系統(tǒng)總線分別與所述角點掃描模塊和邊緣標(biāo)識模塊連接；所述角點掃描模塊對從所述存儲單元讀取的灰度圖進行掃描，尋找圖像中出現(xiàn)灰度和梯度變化極大值的區(qū)域，在找到的區(qū)域中選取位于圖像的四個角位置的區(qū)域并標(biāo)記為角點，將位于該4個角點內(nèi)的圖像設(shè)定為有效圖像區(qū)域；所述邊緣標(biāo)識模塊篩選出每一個角點中最靠近有效圖像區(qū)域幾何中心的一個像素，將該像素設(shè)定為起始像素，用于確定圖像的邊緣。本實用新型的圖像識別/處理單元包括各自通過系統(tǒng)總線分別與所述存儲單元連接的二維濾波模塊、溫度識別模塊、直方圖操作模塊、邊沿檢測及提取模塊。由以上技術(shù)方案可知，本實用新型由紅外探測器、處理主機和顯示裝置構(gòu)成，處理主機包括圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元以及存儲單元，在對圖像進行處理之前，先由處理主機的圖像邊緣檢測單元對圖像進行邊緣識別，去除人為操作所引入的邊框及背景噪聲，可以較好地保存圖片原有的信息，減少處理圖像時的噪聲干擾，而且存儲單元可以實現(xiàn)各個單元或模塊任意順序操作結(jié)果的存儲，更靈活地對圖像進行即時處理，通過圖像識別/處理單元可以完成常見的紅外熱圖像操作和紅外熱圖像特征提取的工作。

圖1為本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型圖像讀取單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型圖像邊緣檢測單元的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實用新型圖像識別/處理單元的結(jié)構(gòu)框圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細(xì)地說明。
具體實施方式
用紅外探測器觀察外界景物可以獲得目標(biāo)物體的溫度分布圖，紅外探測器生成紅外熱圖像的同時會同步產(chǎn)生與當(dāng)時外界環(huán)境溫度相對應(yīng)的溫標(biāo)條。通過讀取溫標(biāo)條所示溫度范圍，可以進一步確定紅外熱圖像中各像素所對應(yīng)的實際溫度。因此紅外熱圖像處理系統(tǒng)在對紅外探測器獲得的紅外熱圖像進行處理時，需要先讀取溫標(biāo)條及其對應(yīng)溫度值范圍。對于常規(guī)圖片格式的紅外熱圖像來說，大部分紅外熱圖像及溫標(biāo)圖像是由紅外探測器生成后通過人工手動截取，然后再進行處理，因此在截取時常常會出現(xiàn)圖片帶有邊框或者背景之類的情況，在實際紅外熱圖像處理過程中，這些引入的邊框背景會影響信息提取，需要去除。如圖1所示，本實用新型的紅外熱圖像處理系統(tǒng)包括紅外探測器1、處理主機A、顯示裝置6和通信接口模塊，該通信接口模塊包括第一串行通信接口模塊7和第二串行通信接口模塊8。紅外探測器I通過第一串行通信接口模塊7與處理主機A連接，處理主機A通過第二串行通信接口模塊8與顯示裝置6連接。處理主機A也可以通過并行通信接口模塊與顯示裝置6連接。本實用新型的處理主機A包括圖像讀取單元2、圖像邊緣檢測單元3、圖像識別/處理單元4及存儲單元5。紅外探測器I獲得目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條后，將圖片信息輸出。由處理主機A中的圖像讀取單元2讀取紅外探測器I所獲取的圖片信息，圖像讀取單元2通過第一串行通信接口模塊7與紅外探測器I相連，本實用新型的第一串行通信接口模塊7可以是USB數(shù)據(jù)傳輸模塊或者無線數(shù)據(jù)傳輸模塊等用于進行紅外探測器I與圖像讀取單元2之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K。同時參照圖2，圖像讀取單元2包括信息讀取模塊21及信息存儲模塊22，信息讀取模塊21通過系統(tǒng)總線分別與第一串行通信接口模塊7和第二串行通信接口模塊8連接；信息存儲模塊22通過系統(tǒng)總線分別與信息讀取模塊21和存儲單元5連接。信息讀取模塊21讀取紅外探測器I輸出的圖片信息后，將讀入的圖像與顯示裝置6的顯示區(qū)域的大小進行對比，若圖像大小大于顯示裝置6的顯示區(qū)域，則將圖像等比縮小然后通過第二串行通信接口模塊8將數(shù)據(jù)向顯示裝置6輸出，使圖像居中顯示于顯示裝置6的顯示區(qū)域內(nèi)；若圖像大小小于顯示裝置6的顯示區(qū)域，則直接將圖像居中顯示于顯示裝置6的顯示區(qū)域內(nèi)。本實用新型的顯示裝置6可以是電腦顯示器或PDA、平板電腦等便攜式個人計算機的顯示屏。信息存儲模塊22將信息讀取模塊21從紅外探測器I得到的圖片信息(包括目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條)存儲于存儲單元5中作為原圖備份，用于顯示原圖像的直方圖及在用戶需要恢復(fù)原圖像時使用，同時信息存儲模塊22還將目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條灰度化后以單通道存于存儲單元5中，灰度圖用于測點溫度及區(qū)域統(tǒng)計時獲取溫度信息。如圖3所示，圖像邊緣檢測單元3包括角點掃描模塊31和邊緣標(biāo)識模塊32。角點掃描模塊31通過系統(tǒng)總線與存儲單元5和邊緣標(biāo)識模塊32連接，邊緣標(biāo)識模塊32的輸出端通過系統(tǒng)總線與存儲單元5連接。圖像邊緣檢測單元3從存儲單元5中讀取目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條的灰度圖，并分別對目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條進行邊緣識別。對圖片進行邊緣識別目的在于過濾人為引入的噪聲，減少誤差。由于目標(biāo)物體的溫度分布圖及溫標(biāo)條是由紅外探測器I獲得后輸出，圖像邊緣檢測單元3讀取到的圖片有時會帶有邊框或其它背景，甚至溫標(biāo)條圖像不完整，當(dāng)對圖像進行處理時會受到邊框或背景等噪聲的干擾，從而影響處理結(jié)果。為了避免噪聲干擾，本實用新型在對圖像處理之前先進行圖像邊緣的識別，以去除干擾。以下以溫標(biāo)條為例來說明圖像邊緣檢測單元3對圖像進行邊緣識別的過程。圖像邊緣檢測單元3從存儲單元5讀取溫標(biāo)條的灰度圖后，角點掃描模塊31對圖像進行掃描，尋找圖像中出現(xiàn)灰度和梯度變化極大值的區(qū)域，區(qū)域的大小可以根據(jù)需要預(yù)先設(shè)定，如設(shè)定為2X2個像素或3X3個像素，然后在找到的區(qū)域中選取位于圖像的四個角位置的區(qū)域并標(biāo)記為角點，將位于該4個角點內(nèi)的圖像設(shè)定為有效圖像區(qū)域。當(dāng)圖像中存在背景或邊框時，背景或邊框的灰度與有效圖像區(qū)域的灰度會有較為明顯的區(qū)別，而且背景或邊框區(qū)域內(nèi)的灰度值變化較小，因此當(dāng)圖像中出現(xiàn)灰度和梯度變化極大值區(qū)域時，基本可確定為圖像的邊緣。邊緣標(biāo)識模塊32對角點掃描模塊31確定出來的4個角點進行像素篩選，篩選出每一個角點中最靠近有效圖像區(qū)域幾何中心的一個像素，將該像素設(shè)定為起始像素，作為圖像溫度有效矩形區(qū)域的四個角的起止位置。同理，當(dāng)邊緣標(biāo)識模塊32對目標(biāo)物體的溫度分布圖進行邊緣標(biāo)識時，將所找到的四個角點的起始像素間連線即為圖像的邊緣。對圖像進行邊緣標(biāo)識的原因在于靠近圖像邊框或者背景附近的像素可能會受到影響出現(xiàn)噪聲，因此在找到角點后，在角點區(qū)域內(nèi)再進行一次篩選確定起始像素，將起始像素以外的區(qū)域定為無效區(qū)域不進行處理，可以更精確地過濾背景或邊框噪聲。圖像邊緣檢測單元3將進行邊緣識別后的圖像存儲至存儲單元5，圖像識別/處理單元4從存儲單元5讀取經(jīng)邊緣識別后的圖像進行處理。如圖4所示，圖像識別/處理單元4包括各自通過系統(tǒng)總線分別與存儲單元5連接的二維濾波模塊41、溫度識別模塊42、直方圖操作模塊43、邊沿檢測及提取模塊44。圖像識別/處理單元4的各模塊的功能、結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，各模塊可分別對圖像進行相應(yīng)的處理及識別。二維濾波模塊41可對圖像整體進行平滑和改善，去除噪聲。溫度識別模塊42可獲得圖像整體的等溫線顯示及任意點的溫度值及其具體的空間坐標(biāo)顯示以及手動選定紅外熱圖像任一區(qū)域中所有像素點對應(yīng)的溫度最大值、最小值以及該區(qū)域的平均溫度，并可將上述溫度特征值與坐標(biāo)信息通過顯示裝置6顯示出來。直方圖操作模塊43可以反應(yīng)灰度圖像的灰度分布特征，提高圖像的對比度。邊沿檢測及提取模塊44可以實現(xiàn)對圖像中特征區(qū)域的邊沿加強顯示，實現(xiàn)易于觀測的目的。圖像識別/處理單元4根據(jù)用戶的不同需求對圖像進行相應(yīng)處理后將處理結(jié)果存儲于存儲單元5中，處理結(jié)果可以通過顯示裝置6的顯示區(qū)域顯示出來。本實用新型在對圖像進行處理之前，先由處理主機的圖像邊緣檢測單元對圖像進行邊緣識別，去除人為操作所引入的邊框及背景噪聲，可以較好地保存圖片原有的信息，減少處理圖像時的噪聲干擾，擺脫對探測器型號及特定紅外熱圖像格式的依賴，實現(xiàn)了對紅外熱圖像的獨立操作和處理。而且存儲單元可以實現(xiàn)各個單元或模塊任意順序操作結(jié)果的存儲，更靈活地對圖像進行即時處理。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型做任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.紅外熱圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:包括通過通信接口模塊依次連接的紅外探測器、處理主機及顯示裝置； 其中，所述處理主機包括圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元以及通過系統(tǒng)總線分別與所述圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元連接的存儲單兀； 所述圖像讀取單元通過通信接口模塊與所述紅外探測器及所述顯示裝置連接，用于讀取紅外探測器的圖片信息并將圖片信息存儲于所述存儲單元； 所述圖像邊緣檢測單元用于將從所述存儲單元讀取的圖像進行邊緣確定并存儲于所述存儲單元中； 所述圖像識別/處理單元通過通信接口模塊與所述顯示裝置連接，用于對圖像進行處理/識別。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外熱圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述通信接口模塊為串行通信接口模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外熱圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像讀取單元包括通過系統(tǒng)總線依次連接的信息讀取模塊和信息存儲模塊，所述信息讀取模塊通過系統(tǒng)總線與所述通信接口模塊連接，用于從所述紅外探測器讀取圖片信息，并將原始圖像通過顯示裝置顯示；所述信息存儲模塊通過系統(tǒng)總線與所述存儲單元連接，用于將所述信息讀取模塊讀取到的圖片信息的原始信息和灰度化后的信息存儲于所述存儲單元中。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外熱圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像邊緣檢測單元包括通過系統(tǒng)總線依次連接的角點掃描模塊和邊緣標(biāo)識模塊，所述存儲單元通過系統(tǒng)總線分別與所述角點掃描 模塊和邊緣標(biāo)識模塊連接； 所述角點掃描模塊對從所述存儲單元讀取的灰度圖進行掃描，尋找圖像中出現(xiàn)灰度和梯度變化極大值的區(qū)域，在找到的區(qū)域中選取位于圖像的四個角位置的區(qū)域并標(biāo)記為角點，將位于該4個角點內(nèi)的圖像設(shè)定為有效圖像區(qū)域； 所述邊緣標(biāo)識模塊篩選出每一個角點中最靠近有效圖像區(qū)域幾何中心的一個像素，將該像素設(shè)定為起始像素，用于確定圖像的邊緣。
5.如權(quán)利要求1所述的紅外熱圖像處理系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像識別/處理單元包括各自通過系統(tǒng)總線分別與所述存儲單元連接的二維濾波模塊、溫度識別模塊、直方圖操作模塊、邊沿檢測及提取模塊。
專利摘要紅外熱圖像處理系統(tǒng)，包括通過通信接口模塊依次連接的紅外探測器、處理主機及顯示裝置；處理主機包括圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元以及通過系統(tǒng)總線分別與圖像讀取單元、圖像邊緣檢測單元、圖像識別/處理單元連接的存儲單元；圖像讀取單元通過通信接口模塊與紅外探測器及顯示裝置連接，用于讀取紅外探測器的圖片信息并將圖片信息存儲于存儲單元；圖像邊緣檢測單元用于將圖像進行邊緣確定并存儲于存儲單元中；圖像識別/處理單元通過通信接口模塊與顯示裝置連接，用于對圖像進行處理/識別。本實用新型采用圖像邊緣檢測單元對圖像進行邊緣識別，去除人為操作所引入的邊框及背景噪聲，減少處理圖像時的噪聲干擾。
文檔編號G06T7/00GK202916878SQ20122058624
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者趙文娟, 譚春宏, 韓一平, 徐強, 崔志偉 申請人:西安電子科技大學(xué)