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1、摘要 随着科学技术的迅速发展，红外成像技术在军事和民用领域中得到了越来 越广泛的应用。但是，红外图像存在成像模糊、噪声较大等缺点。为了获得良 好的检测、识别效果，红外图像的去噪成了很重要的一项工作。小波去噪已成 为目前红外图像去噪的方法的热点之一。本文介绍了小波阈值去噪的基本原理， 并将其应用于红外图像去噪，用 MATLAB 软件进行仿真，该去噪方法无需建 立在对噪声方差的精确估计上。试验结果表明：该算法优于传统滤波去噪的方 法。它能有效的抑制噪声，可用来对红外图像做进一步的分析和处理。关键词：红外图像；图像去噪；小波变换；阈值处理AbstractWith the rapid developm
2、ent of science and technology,the infrared thermal imager has been more and more used,and has shown a large market potential and a bright future.But,the infrared image has disadvantages,such as the blurred image and the shrong noise.In order to get better effects of detection and recognition,image d
3、enoising is an important work.Wavelet image denoising has become an important methord for infrared image denoising.In this paper,the basic principle of wavelet threshold denoising and the applicantion of the wavelet threshold denoising algorithm to infrared noisy images are presented,Simulation usin
4、g MATLAB software,the new method did not rely on accurate estimation of noise variance.Experimental results have show that the algarithm is better than the tranditional methods.It can effetively reduce the noise in images and can be used for the further analysis and processing of infrared images.Key
5、 words：Infrared image; Image denoising;Wavelet transform;Threshold p -rocessing;摘 要.I1.引言12.背景介绍12.1 我国红外成像技术的发展及应用 12.2 红外图像产生的过程及特点 22.3 红外图像的噪声来源与噪声特性 32.4 常用红外图像的去噪方法 53.小波及仿真软件的介绍63.1 小波变换在图像去噪中的应用 63.1.1 小波变换概述.63.1.2 小波去噪发展的历程.73.2 红外图像的质量评价标准 83.3 对仿真软件 MATLAB 的介绍 .94.红外图像去噪的原理及实现.104.1 小波变换
6、在图像去噪中的一般步骤 .104.2 几种小波去噪方法的比较 .104.3 阈值去噪的原理 .1143.1 阈值函数的选取.1143.2 阈值的估计.1243.3 阈值的获取函数.1343.4 阈值的去噪函数.144.4 红外图像阈值去噪的仿真 .164.5 几种滤波器的去噪及其仿真 .184.6 几种去噪方法的对比分析 .195.结束语19致谢21参考文献22附录 1.程序代码.23附录 2.仿真界面.261.引言红外成像技术是大量应用于军事、民用的无源探测技术，如：夜视成像、制导、搜索、跟踪、勘探、医疗等方面。因为红外图像有对比度低、边缘模糊、整幅图像噪声较大而且成份复杂的缺点，所以红外图
7、像的质量直接影响着红外成像技术的广泛应用，而红外图像的质量好坏很大程度上取决于红外图像处理技术的先进性和正确应用。20 世纪 80 年代开始，国内外就已经投入了大量人力、财力研究红外图像的处理技术，虽有不少新理论、新算法问世，但就满足现代多变战术和自然环境中使用的高级武器系统来说，还无法满足要求，所以对红外图像的处理技术的研究，以及新的、更加有效的算法的提出就显得非常重要。目前主要应用的红外图像处理方法大都集中在空域或频域中进行，由于小波变换具有同时对“时、频”进行分析的特性，它能将二维信号分解到不同的分辨率尺度，因此特别适合进行图像分析，基于小波变换的图像处理技术也成为目前图像之处理技术的研
8、究热点一。研究表明，将小波变换应用于红外图像的处理技术中能有效的提高图像质量，以及准确获取我们需要的图像信息。12.背景介绍2.1 我国红外成像技术的发展及应用现代红外技术始于 1940 年前后，以德国人研制生产并投入应用的 PbS 红外探测器为标志。后来，美国接收了德国人的技术设备并加以发展。1959 年 9月美国公布的红外技术指标表明，此时红外研究已成为一门成熟的学科。虽然在 1953 年初，中科院应用物理研究所就开始研制硫化铅红外探测器，但我国真正意义上的现代红外技术研究，始于 1958 年。1958 年秋，台海峡发生空战,我方获得了一枚台湾刚使用的美国新装备部队的响尾蛇导弹，并进行了解
9、剖和仿制，定名为“55 号任务” ，结果研制出了高性能的 PbS 红外探测器，这样就成功“引进”了 1-3 微米波段最常用的近红外探测器。1960 年研制出了红外雷达原理模型。1964 年确定了上海技术物理研究所和昆明物理研究所为红外技术的专业研究所；同年，我军空军导弹部队打下了一架美制侦察机，获取了以锗掺汞(Ge:Hg)红外探测器的一架红外相机，试制红外相机的任务定名“651 任务” ，结果获得成功，后来将 Ge:Hg 红外探测器换成了更先进的锑锡汞(HgCdTe)红外探测器，这样 8-14 微米波段常用的红外探测器也被“引进” 。1965 年 4 月 9 日，在我国南海上空击落了一架美国
10、F-4B 飞机，飞机上的红外雷达用的是锑化铂 InSb 光伏型红外探测器，属于 3-5 微米的中红外波段，仿制这一波段红外雷达的任务代号为“528 任务” ，结果亦获成功。就这样，通过三次“引进” ，我国跟踪掌握了红外探测技术中最重要的这三个“大气窗口”探测波段的先进技术。1988 年和 1990 年，我国两次成功发射与太阳同步的“风云一号”红外气像卫星；1997 年发射成功与地球同步的“风云二号”红外气象卫星。这标明我国在这一领域取得了重大进展，同时对国民经济产生了深远的影响。当前，红外技术己广泛应用于军事国防、天文、工业加工、遥感探测、医疗诊断、文物保护、防盗安全、无损检测等众多领域，从引
11、人瞩目的高技术到人们的日常生活：如使人类的观察视野范围自三、四十亿光年到 140 亿光年的哈勃红外太空望远镜、夜视见物、常见的电视红外遥控等等技术无不显示出其神奇的一面。22.2 红外图像产生的过程及特点自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度，总是在不断地发射红外辐射。因此，只要收集并探测这些辐射能，就可以形成与景物温度分布相对应的热图像。这种热图像再现了景物各部分温度和辐射发射率差异，因而能显示出景物的特征，形成可见的热图像，即红外图像。能生成红外图像的系统就是红外成像系统，也可称为红外热像仪。红外成像系统必须具有把红外光变成可见光的功能，其转换分为两步：第一步是通过光学系统，由红外探
12、测器把红外热辐射变为电信号，该信号的大小反映出红外辐射的强弱；第二步是通过电视显像系统，经过电子学处理，将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在监视器上显示出来，实现从电到光的转换，得到反映目标热像的可见图像。在红外成像系统中，实现上述转换功能的部件主要有光学系统、红外探测器、信号处理器、信号处理电路和显示记录装置等几部分。图 1 为红外成像系统原理方框图。景物 辐射 分布 场红外 辐射 大气 传输光学成像红外探测电子处理视觉响应图 1 红外成像系统原理方框图红外图像反映了目标和背景不可见红外辐射的空间分布，其辐射亮度分布主要由被观测景物的温度和发射率决定，因此红外图像近似反映了景物温度差或辐射
13、差。但是，从图 1 热成像系统的方框图中可以看出：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。所以根据红外图像产生过程，结合实际热成像系统的输出结果，总的来说红外图像具有以下特点：1)红外热图像表征景物的温度分布，是灰度图像，没有彩色或阴影(立体感觉)，故对人眼而言，分辨率低、分辨潜力差；2)由于景物热平衡、光波波长长、传输距离远、大气衰减等原因，造成红外图像空间相关性强、对比度低、视觉效果模糊；3)热成像系统的探测能力和空间分辨率低于可见光 CCD 阵列，使得红外图像的清晰度低于可见光图像；4)外界环境的随机干扰和热成像系统的不完善，给红外图
14、像带来多种多样的噪声，比如热噪声、散粒噪声、1/f 噪声、光子电子涨落噪声等等。噪声来源多样，噪声类型繁多，这些都造成红外热图像上噪声的不可预测的分布复杂性。这些分布复杂的噪声使得红外图像的信噪比比普通电视图像低；5)由于红外探测器各探测单元的响应特性不一致、光机扫描系统缺陷等原因，造成红外图像的非均匀性，体现为图像的固定图案噪声、串扰、畸变等。从上面的分析中可以得知，红外图像一般较暗，且目标图像与背景对比度低，边缘模糊。32.3 红外图像的噪声来源与噪声特性红外图像的信噪比一般比可见光CCD电视图像低，噪声情况非常复杂，不论是外界环境的随机干扰，还是内部物理量的随机变化均可产生图像噪声。红外
15、成像系统中的探测器是系统噪声的主要来源,是影响红外系统图像质量的主要因素。它的强度一般情况下远大于其它环节产生的噪声,而且也是最难以克服的。它包含两个方面,一方面是探测器自身产生的噪声, 主要可以分为热噪声、散粒噪声、产生一复合噪声、光子噪声和l/f噪声等；另一方面是成像系统产生的噪声,如线扫描系统的扫描噪声,凝视系统中的随机噪声等。外界环境的随机干扰也给红外图像带来多种多样的噪声,这些分布复杂的噪声使得红外图像的信噪比比普通可见光图像低。红外热图像的噪声除了有随机闪烁的颗粒噪声外，还有带状噪声。随机闪烁的颗粒噪声主要由红外背景辐射的光子起伏、红外探测器光电转换噪声和信号读出与处理电路的附加噪
16、声引起，而带状噪声则主要由红外探测器本身响应率的不均匀、成像缺陷和杂波干扰所产生。噪声来源多样，噪声类型繁多，这些都造成红外热图像噪声的不可预测的分布复杂性。通常用三维噪声模型来分析热成像系统的噪声情况。三维噪声分析所需实验数据是以一个均匀恒定的背景为目标，热成像系统用其采集的连续数字化图像组成噪声数据组，三维噪声分析随机相应模型为：U(t,v,h) =S+N (t)+N (v)+N(h)+N(t,v)TVHTV+N(t,h)+N(v,h)+N(t,v,h) (1)THVHTVH1)U(t,v,h)代表获得的试验数据的总值，是时间、垂直方向和水平方向的函数，S 是三维数据组中所有点的总平均值。2)N(v,h)是固定像素噪声，由空间双向的零点平均值随机变化构成，无VH时间响应。这一噪声对应与成像中的二维固定空间图形，固定图形噪声即属于这一类,它在凝视探测器中占主导地位。3)固定行噪声 N (v)，这一噪声描述了仅在垂直方向上零点平均值的变化，V在时间上固定不变且在水平方向上无响应。一般来讲，它
