FPGA红外图像彩色化研究与实现+Matlabq仿真(2)
4.1 BT656和YCbCr颜色空间 24
4.2 基于FPGA的红外视频灰度分层伪彩色处理 26
4.3 小结 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1绪论
1.1 背景
在夜晚，由于可见光十分微弱，给我们夜间的观察带来了很大的困难。为了解决这一问题，人们提出和发展了夜视技术。夜视技术的出现解决了人们在低光照及不可见光等情况下无法进行观察的困难。它在很多方面起到了不可替代的作用，尤其在军事作战方面，夜视技术逐渐变成了两军夜间作战的决定性因素。它由微光夜视和红外夜视组成。微光夜视技术就是在低光照条件下，经过像增强器，放大形成人眼所能观察的图像。红外夜视技术就是在不可见光的情况下，通过观察物体的热辐射来识别目标，所产生的灰度图像的亮度大小就是场景中的热辐射的分布情况。根据两个夜视技术的产生机理，我们可以发现两者各有其特点。微光图像的灰度规模小，为此目标和环境的界限不明显，还有微光图像的噪声比较大。红外图像的细节信息比较少，不利于识别目标。两个夜视图像都是单色图像，不利于人眼的观察，相比于灰度图像，人眼对彩色图像的刺激更加敏感。
对于一个目标的识别，一般都是通过亮度信息和色彩信息来分辨的。目标和坏境的色彩信息的差别，对于观察者从背景中识别出目标起着极大的作用，特别是在低照度和不可见光条件下。为此能获得彩色化的图像，将极大的增加人眼对目标的识别，以及对环境的认识。由于上面所提到的很多优点，彩色单色夜视技术得到很多人的关注。彩色单色夜视技术首先被应用于军事上，通过彩色技术使获得的图像具有全面的目标信息，人眼对彩色的敏感远远大于灰度，为此将灰度图像彩色化，可以更快更精准的识别目标。彩色化技术不仅能获得高质量的夜视图像，而且它的应用范围比较广泛，为此研究彩色夜视是很有意义的。
1.2 发展与研究现状
1.3 本文主要的研究工作
（1）阐述了红外图像彩色化的研究背景和发展现况，讲述了红外彩色化的研究意义。
（2）讲述了红外图像彩色化的理论知识，首先讲解红外图像的特点以及对其增强处理的方法，接着介绍了四种颜色空间，包括RGB空间、YUV空间、HSI空间、 空间，大致介绍了彩色化的分类。
（3）详细介绍了红外彩色化的方法，一般分为伪彩色编码、多光谱彩色融合、近自然彩色化三大类，介绍每类彩色化方法时，进行了不同算法的彩色化实验，分析了彩色化结果，比较了各种算法的优缺点。
（4）研究了在FPGA进行红外图像的实时伪彩色处理，阐述了视频解码格式BT656以及YCbCr颜色空间，讲述了在FPGA上的实现过程。
2 图像彩色化的理论基础
2.1 红外图像的特征
红外成像是通过探测物体的热辐射能量进行的，能穿过烟、雾等一些阻挡物，有较强的抗干扰的本领，可以在夜晚探测目标。红外图像的灰度大小反应了视野中的物体温度的大小，区域比较亮表示该区域温度比较高，为此图中不同温度区域的分界不明显，且场景成块状分布。红外成像过程中，因为存在大气吸收作用，以至于探测器所接收到的热辐射较少，使得红外图像比较模糊。
直方图统计了像素的灰度散布情形。虽然它不包含各个灰度的像素的位置信息，但是直方图也能提供很多图像信息，是人们分析图像的一个重要工具。它包含了图像的整体灰度级、各个灰度级的像素数、图像平均亮度的大体情况以及图像对比度的大体情况。有了以上充分的信息，对图像有大抵的了解应该没问题。假设一幅图像的灰度值占据了很少部分的灰度级，那么此图像的对比度应当比较低。为此，通过分析直方图，可以对图像有一个客观的认识。