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1、河北工业大学 硕士学位论文 基于小波变换与视网膜皮层理论相结合的红外图像处理方法的 研究 姓名：周鑫 申请学位级别：硕士 专业：生物医学工程 指导教师：徐桂芝 20080501 河北工业大学硕士学位论文 I 基于小波变换与视网膜皮层理论相结合的红外图像处理方法的研究 基于小波变换与视网膜皮层理论相结合的红外图像处理方法的研究 摘摘 要要 红外成像技术是利用物体自身各部分对红外热辐射的差异把红外辐射图像转换为可 视图像的技术。医用红外热成像(Infrared Image)技术是利用红外辐射(Infrared Radiation)原理,捕获人体瞬间体表温度,表达躯体和内脏多元信息的综合性高新技术,
2、现 已广泛应用于生物医学诸多学科领域。 根据红外图像产生过程，结合实际热成像系统的输出结果，红外图像具有分辨率低， 清晰度差等特点，这对后续的特征提取识别或跟踪等极为不利。因此抑制噪声，提高图像 信噪比，以及调整红外图像对比度，增强红外图像边缘及线条等操作是必不可少的。尤其 在医学应用中，为了更准确的确定病变的部位，则必须对原始红外图像进行预处理，改善 视觉效果，使图像更适合人和机器的进一步分析和处理。 针对红外图像特征，本文首先对红外图像处理的方法进行了研究和比较。对红外图像 增强的几种经典算法的优缺点做了研究，并将视网膜皮层（Retinex）理论应用到了红外 图像信号处理的领域。 Reti
3、nex 是一种建立在科学实验和科学分析基础上的图像增强理论， 其实质就是从图像中抛开照射分量的影响来获得物体的反射分量，即获得物体本来的面 貌。与其它图像增强方法相比，Retinex 算法具有锐化、颜色恒常性、动态范围压缩大、 色彩保真度高等特点。故本文对该理论进行了重点研究，并对其进行了改进。完成了基于 Retinex 理论与小波算法结合的红外图像增强算法。通过对人体背部及手臂的红外图像进 行实验验证，红外图像经过该算法处理后，图像视觉效果明显改善，图像明暗对比度增强， 边缘清晰，噪声基本去除。与其它红外图像增强处理算法相比，在红外图像的亮度影响、 光晕等方面，有更好的视觉处理效果。 关键词
4、：关键词：红外热像仪，红外图像处理，Retinex，小波变换，图像增强 基于小波变换与视网膜皮层理论相结合的红外图像处理方法的研究 II THE RESEARCH ON INFRARED IMAGE PROCESSING BASED ON THE COMBINING THEORY OF WAVELET TRANSFORM AND RETINEX ABSTRACT Infrared Imaging Technology can convert the infrared radiation images into visible ones. Medical infrared thermal ima
5、ging technology using infrared radiation principle that instant capture human body surface temperature, somatic and visceral expression of multiple integrated high-tech information is now widely used in many disciplines biomedical field. According to the process of infrared images with the actual th
6、ermal imaging system output, infrared image has low-resolution, poor clarity characteristics. It is extremely unfavorable to follow-up works, such as identification or tracking .So noise suppression, improved signal to noise ratio images, as well as infrared image contrast adjustment, by Infrared im
7、ages and strong edge lines, and other operations is essential. Especially in the medical application, in order to more accurately determine the lesion site, it must be conducted on the original infrared image preprocessing, improved visual effects, images and machinery more suitable for further anal
8、ysis and processing. According to the feature of infrared image, this thesis first discussed and analyzed several basic image enhancement methods. In this paper, by analyzing and comparing the classic algorithms, the Retinex theory is introduced into process infrared signal. The Retinex is one kind
9、of image enhancement theory which established at the scientific experiment and the scientific analysis. Its essence is to skinning the illumination in the original image and to yield the reflectance image, that is to say, the original appearance of the object. Compared with conventional enhancement
10、methods, the Retinex has more advantages to be a very versatile automatic method that can simultaneously provide sharpening, color constancy, dynamic range compression and color rendition. It has been validated that the Retinex theory and the wavelet are combined to enhance infrared images of back a
11、nd arm of the body; the new algorithm can not 河北工业大学硕士学位论文 III only denoise the image and modify luminance of the whole infrared image, but also can improve the contrast and impression of image. It has a obviously better visual effect than other infrared image enhancement processing algorithm. KEY W
12、ORDS: infrared imaging system, infrared image processing, retinex, wavelet transform, image enhancement 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作 的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡 献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责 任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的
13、说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内 容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索 以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者 机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的 部分或全部内容用于学术活动。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 第一
14、章 绪论 1-1 课题研究的背景、意义 1-1 课题研究的背景、意义 医用红外热成像(Infrared image, IRI)技术是利用红外辐射(Infrared radiation, IRR)原理,捕 获人体瞬间体表温度,表达躯体和内脏多元信息的综合性高新技术,现已广泛应用于生物医学诸多学科 领域。 人体是一个能够发射红外辐射的天然生物红外源。 热像仪是一种被动式红外光学系统， 可以接收人 体辐射能量。该辐射信号转换成电信号，并进一步放大，最后以热图形式显示出来。健康人体表面温度 分布是以人体中心左右对称的。 因为病变部位和健康部位的温度有差异， 用热像仪接受不同温度的红外 线后，可通过对比
15、患病部位和健康部位的温度和热图的颜色对疾病进行诊断 1。 目标和背景的红外辐射需经过大气传输、光学系统、光电转换和视频处理等过程，才被转换成为红 外图像。根据红外图像产生过程，结合实际热成像系统的输出结果，红外图像具有分辨率低，清晰度差 等特点，这对后续的征提取识别或跟踪等极为不利，因此抑制噪声，提高图像信噪比，以及调整红外图 像对比度，增强红外图像边缘及线条等操作是必不可少的。在医学应用中，为了更准确的确定病变的部 位，则必须对原始红外图像进行预处理，改善视觉效果，使图像更适合人和机器的进一步分析和处理。 经过处理后，突出红外图像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使结果对具体的应用来说比 原图像更合适。因此研究红外图像处理方法是很有必要的，也很有意义。 1-2 红外图像的获取与特点 1-2 红外图像的获取与特点 1-2-1 红外成像技术的历史及在医学中的应用 1-2-1 红外成像技术的历史及在医学中的应用 1.红外成像技术的历史红外成像技术的历史 在1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时发现了红外线,从此开辟了人类 应用红外技术的广阔道路 2。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了 主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。二次世界大战后，美国德克萨兰仪器公
