[发明专利]采用模式数据库的具有空间感的自然彩色夜视实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种彩色夜视图像实现方法。

背景技术

“红外热成像”和“微光”是实现夜视观察的两个必不可少的技术途径，它们感应的是目标不同波段的辐射/反射，输出的单色图像具有信息互补性，融合这些互补信息可有效扩展目标观察的信息量。目前用于夜视图像的融合方法有灰度融合和假彩色融合两种方法，其中假彩色融合利用“来自不同传感器的信号差产生色差”的原理实现了彩色夜视。由于人眼对色彩的分辨率远大于对灰度的分辨率，彩色夜视图像将有助于人眼的识别，是目前夜视领域研究的热点。但是假彩色融合都采用了将经过某种预处理的不同信号分别送入R、G、B三个色彩通道的方法，因此形成的融合图像往往具有不真实的色彩(如绿树在假彩色图像中常常呈现不自然的红色)。研究表明，由于假彩色图像中景物的颜色与人类的心理记忆色相差甚远，影响了观察者对目标辨别的快速性和准确性。

为了使假彩色图像具有更自然的色彩，近年来提出了很多对假彩色图像进行色彩重映射的方法。Waxman提出一种将假彩色图像变换到HSV(色调、饱和度、亮度)色彩空间进行色调、饱和度调整的想法，但是没有给出具体方法。荷兰人力因素研究所(TNO)的Toet借鉴改善彩色照片偏色的色彩传递方法，用自然彩色图像的一阶统计信息(均值、标准差)去校正假彩色图像的色彩。但是由于假彩色图像中的各部分的色彩差异很大，用整张图片进行色彩传递后，夜视图像常常呈现出新的不自然色彩，当假彩色图像中的色彩较为丰富时，这种情况更为明显。Yufeng Zheng改进了Toet的方法，用先将假彩色图像分割成不同的区域，再对区域分别进行色彩校正的“局部色彩传递”代替了Toet的“全局色彩传递”，并且引入了色彩直方图规定化，还实现了各分割区域对期望呈现的色彩的自动选择。Yufeng Zheng的方法由于仍然是对假彩色图像进行色彩重映射，因此无法从根本上避免这种不自然色彩的产生。

发明内容

本发明的目的是使得夜视图像不仅具有自然的色彩，而且同时让夜视图像具有空间感，并且实现上述处理过程的自动化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用模式数据库的具有空间感的自然彩色夜视实现方法，其原理是通过直接为夜视图像中的景物赋予其特征色彩来彻底克服不自然色彩的产生，使多波段的夜视图像呈现均匀的自然色彩；通过特征色彩的色调对比和饱和度变化来反映物体的空间关系，使夜视图像具有空间感；通过构建夜视图像模式数据库，实现上述过程的自动化处理。本发明提供的方法包括下列步骤：

步骤1、构建基于红外图像和微光图像的模式数据库。

步骤1.1、把红外图像和微光图像中的景物分为目标(人，车辆等热辐射体)、植物、土壤、建筑、道路、岩石、天空、云雾、水面以及其它(混合景物)大类，在每一大类中又按照物体在常规摄影方法得到的照片中离观察者远近的不同，定性地分为“远”、“中”、“近”小类，大类与小类组合成各种模式。所述的“远”是指通过常规摄影方法得到的照片中，处于远处的景物定义为“远”；所述的“近”是指通过常规摄影方法得到的照片中，处于近处的景物定义为“近”；其他则定义为“中”。

步骤1.2、计算得到各种模式对应的特征向量并为每一种模式指定其特征色彩，随后将特征向量及特征色彩存入模式数据库，同时对模式数据库内的特征向量进行高斯归一化。

所述的特征向量通过下列步骤求得：

步骤1.2.1、对至少三组中的一组已配准的包含某种模式的物体的同一场景的红外图像和微光图像进行亮度规定化。

步骤1.2.2、将由步骤1.2.1得到的红外图像和微光图像融合成假彩色图像和灰度图像。

步骤1.2.3、将由步骤1.2.2得到的假彩色图像从RGB色彩空间变换到LUV色彩空间。

步骤1.2.4、在由步骤1.2.3得到的假彩色图像和由步骤1.2.2得到的灰度图像中，同时手动确定属于某种模式的区域R。所述的某种模式是指通过步骤1.1所得到的各种模式中的一种。

步骤1.2.5、计算区域R的辐射/反射特征和纹理特征。

步骤1.2.6、重复步骤1.2.1至步骤1.2.5，直至计算出来自不同组图像的同一模式的所有样本的辐射/反射特征和纹理特征，并求出这些样本的各特征对应项的均值，得到这一模式的特征向量。

步骤2、实现具有空间感的自然彩色夜视。

步骤2.1、对已配准的同一场景的红外图像和微光图像进行亮度规定化。

步骤2.2、将通过步骤2.1得到的红外图像和微光图像融合成假彩色图像和灰度图像。