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中國安防展覽網(wǎng) 產(chǎn)品評測】 日前，大立科技隆重推出了“更輕、更強(qiáng)、更超值”的T1 手持式紅外熱像儀。這款外形小巧的熱像儀采用自主研發(fā)的120 x 120/25 μm非制紅外冷焦平面
探測器，具有0.06℃超高熱靈敏度。大立科技的雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)，將紅外圖像和可見光圖像進(jìn)行融合。本期特別邀請該司介紹他們的創(chuàng)新技術(shù)及思想。
1 引言
隨著
傳感器技術(shù)的發(fā)展，用于成像的傳感器種類日益增多。由于成像機(jī)理、工作波段和工作環(huán)境等因素的不同，不同類型的傳感器對同一目標(biāo)或場景進(jìn)行成像時，其獲取到的目標(biāo)或場景信息存在差異。對于用戶來說，這些差異性信息往往都是有益的。
紅外探測器和CCD 可見光傳感器是應(yīng)用為廣泛的兩類成像傳感器。紅外探測器主要通過接收場景中目標(biāo)向外輻射或者反射出來的紅外輻射進(jìn)行成像，其對煙霧具有較強(qiáng)的穿透能力，且在光照條件較差情況下仍具有較好的目標(biāo)探測能力，但其所成的紅外圖像細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力較差；CCD 可見光傳感器主要利用物體的反射特性成像，其獲得的可見光圖像內(nèi)容豐富，細(xì)節(jié)紋理清晰，空間分辨率較高，但在光照條件差時，其成像質(zhì)量將受到嚴(yán)重影響。
對于低分辨率手持式紅外熱成像設(shè)備，探測器的像元數(shù)有限，其輸出的紅外圖像常常存在邊緣模糊，細(xì)節(jié)難以分辨問題，這嚴(yán)重制約了紅外熱成像技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用，限制了紅外熱成像設(shè)備向著高性能便攜化方向發(fā)展?？梢姽夂图t外雙波段圖像融合技術(shù)綜合了兩種圖像的特征數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息互補(bǔ)，并通過終的合成圖像得到關(guān)于目標(biāo)或場景更加可靠，更加準(zhǔn)確，更加全面的描述。
而現(xiàn)有圖像融合技術(shù)多使用基于小波變換、輪廓波變換、多分辨率分解等理論的方法，其原理復(fù)雜，很難在實際的硬件平臺上加以實現(xiàn)，且實現(xiàn)以后的實時化問題也需多加考慮。
所以，如何開發(fā)一種應(yīng)用于低分辨率手持式紅外熱成像設(shè)備的基于可見光和紅外雙波段圖像增強(qiáng)方法，補(bǔ)償探測器分辨率不足對輸出圖像視覺質(zhì)量的影響。簡化圖像融合規(guī)則，在保證融合圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上，較大程度地提高融合速度，已變得非常必要。
2 雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)的研發(fā)思路及驗證
大立科技新研發(fā)的雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)的實現(xiàn)如圖1，具體包括以下步驟：
步驟一：針對同一目標(biāo)場景, 利用可見光CCD傳感器和紅外焦平面陣列IRFPA 探測器采集YUV格式原始可見光圖像和14bits 原始紅外圖像。
步驟二：對采集到的原始可見光圖像和原始紅外圖像分別進(jìn)行預(yù)處理。原始紅外圖像預(yù)處理包括兩點校正、盲元補(bǔ)償和中值濾波，為了提高紅外圖像的對比度，預(yù)處理結(jié)束后，使用平臺直方圖均衡化方法對其進(jìn)行增強(qiáng)。增強(qiáng)處理完成后再使用大小值線性映射法，將紅外圖像像素值從14 bits 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8 bits 數(shù)據(jù)。
由于可見光圖像和紅外圖像尺寸大小存在差異，在紅外圖像增強(qiáng)處理完成后, 使用雙線性插值算法將它們的尺寸大小設(shè)置成一致的。實際處理過程中，針對可見光圖像的處理只在Y 分量(即亮度分量)上進(jìn)行，以下步驟同理。
步驟三：對可見光圖像和紅外圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。
圖像配準(zhǔn)是圖像融合的必要環(huán)節(jié)，其直接影響終融合圖像的質(zhì)量?？梢姽鈭D像和紅外圖像采用粗配準(zhǔn)的配準(zhǔn)方式。通過光學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計做出的保證，使得可見光CCD 傳感器和紅外焦平面陣列IRFPA 傳感器的成像視場接近一致，即完成可見光圖像和紅外圖像的粗配準(zhǔn)。
步驟四：利用基于拉普拉斯金字塔分解的融合方法對配準(zhǔn)后的圖像進(jìn)行圖像融合。
該方法的流程如下：
1) 提取可見光圖像的細(xì)節(jié)；
2) 紅外圖像的拉普拉斯金字塔多尺度分解；
3) 將紅外圖像拉普拉斯金字塔的底層圖像與可見光圖像的細(xì)節(jié)圖像進(jìn)行融合；
4) 重構(gòu)融合圖像。
流程圖如圖2 所示。
步驟五：融合圖像的偽彩色顯示。
鑒于人眼能夠區(qū)分的灰度等級只有幾十種，能分辨的色彩卻多達(dá)幾千種，本技術(shù)對可見光圖像和紅外圖像融合后的圖像再做偽彩色處理，進(jìn)一步地增強(qiáng)其視覺效果。偽彩色處理采用的是灰度級—彩色變換法，通過建立灰度圖像的灰度級與彩色空間中各種色彩之間的映射關(guān)系，將灰度圖像轉(zhuǎn)化成彩色圖像。
圖3-5 給出了可見光和紅外雙波段圖像融合增強(qiáng)方法處理效果的一個示例。從圖可以看出，由于融合了可見光圖像當(dāng)中的細(xì)節(jié)信息，本技術(shù)處理后的水杯圖像細(xì)節(jié)更加清晰，相反，圖6 中水杯的邊緣部分顯得較為模糊，水杯后的欄桿甚至無法分辨。對比圖4 和圖5 可以發(fā)現(xiàn)，本技術(shù)中的可見光和紅外雙波段圖像融合增強(qiáng)方法，可以大大改善紅外圖像的視覺效果。對于低分辨率的手持式紅外熱成像設(shè)備，該方法可以看作是對探測器分辨率不足做的一個補(bǔ)償。
3 雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)的優(yōu)點
與其他可見光和紅外融合方法相比，該技術(shù)存在以下優(yōu)點：
(1)該技術(shù)將可見光圖像和紅外圖像進(jìn)行融合，綜合兩種圖像的特征數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息互補(bǔ)，補(bǔ)償?shù)头直媛适殖质郊t外熱成像設(shè)備探測器分辨率不足對輸出圖像視覺質(zhì)量的影響。
(2)該技術(shù)采用3 層拉普拉斯金字塔對紅外圖像進(jìn)行塔式分解，并將底層的高頻細(xì)節(jié)圖像與從可見光圖像中提取出的細(xì)節(jié)圖像進(jìn)行融合，在保留細(xì)節(jié)信息的同時，簡化融合規(guī)則，可以較大幅度縮短融合處理時間，利于提高圖像融合速度。
(3)該技術(shù)提供的可見光和紅外雙波段圖像融合增強(qiáng)方法，不僅能得到較高質(zhì)量的融合圖像，還具有較快的融合速度，有助于低分辨率手持式紅外熱成像設(shè)備在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用，有利于便攜化高性能紅外熱成像設(shè)備發(fā)展。
4 雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)的產(chǎn)品化
目前我國民用紅外熱像儀市場已經(jīng)進(jìn)入成長期，具備高增長潛力。隨著紅外熱像儀的探測器技術(shù)突破，陶瓷封裝甚至晶圓級封裝低分辨率非制冷焦平面探測器的推出，大大降低了紅外熱像儀整機(jī)的成本，使得越來越多的行業(yè)普及應(yīng)用紅外熱像儀，如電力、消防、建筑、石化、鐵路、工業(yè)等。如何將雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品中，如何產(chǎn)品化，這需要一個很長的過程。
經(jīng)過長時間的科研，大立科技利用雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)，加以產(chǎn)品化，隆重推出“更輕、更強(qiáng)、更超值”的T1 手持式紅外熱像儀，這款外形小巧的熱像儀大的特點就是具有雙波段圖像增強(qiáng)技術(shù)，并且采用了大立自主研發(fā)的探測器，整體產(chǎn)品國有化，是一款非常經(jīng)濟(jì)化，但兼有新技術(shù)和功能的產(chǎn)品。
T1 采用了的可見光和紅外光雙波段圖像融合增強(qiáng)技術(shù)，將紅外圖像和可見光圖像進(jìn)行融合，幫助用戶輕松地檢測到被探測物體的細(xì)節(jié)溫度變化。
T1 手持式紅外熱像儀主要特點：
(1)120×120探測器像素；
(2)0.06℃超高熱靈敏度；
(3)固定焦距鏡頭，使用更便捷；
(4)雙波段圖像融合顯示模式，圖像顯示更清晰，極易確定發(fā)熱位置；
(5)3.2 寸液晶屏、50 Hz 圖像顯示；
(6)全屏高溫/ 低溫，配合聲光報警功能；
(7)60 s 語音記錄，隨JPEG 格式圖片一同存儲；
(8)USB 具備充電/ 數(shù)據(jù)傳輸功能；
(9)外形小巧，符合人體工程學(xué)設(shè)計；
(10)1.5 m 抗跌落功能。
T1 手持式紅外熱像儀應(yīng)用領(lǐng)域：
(1)工業(yè)電子：保溫內(nèi)壁磨損檢測、電池漏電流的檢測、評估補(bǔ)救措施等；
(2)建筑科學(xué)：快速探測和查找屋頂滲水現(xiàn)象、對商用樓和住宅樓進(jìn)行紅外能量評估調(diào)查、地?zé)岵牧虾椭茻岬匕灏惭b檢測維護(hù)；
(3)科研檢測：太陽能產(chǎn)品隱裂和焊接不良檢測、電路PCB 板可靠性檢測、電子電路封裝和發(fā)熱檢測；
(4)其它領(lǐng)域：鋼鐵、電力、石化等行業(yè)的設(shè)備檢測。
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