红外图像报警系统的研究与实现

432

计算机测量与控制.2011.19(2) Computer Measurement &Control

设计与应用

收稿日期:2010 07 05; 修回日期:2010 08 15。

基金项目:河南省教育厅科技攻关项目(2010C520022);郑州大学西亚斯国际学院2010年校级科研项目(2010KYYB20)。

作者简介:张会敏(1981 ),女,河南漯河人,讲师,主要从事单片机、传感器技术方向的研究。

张云龙(1966 ),男,博士,硕士生导师,副教授,主要从事控制理论与控制工程方向的研究。

文章编号:1671 4598(2011)02 0432 04 中图分类号:T P277;TP391 4

文献标识码:A

红外图像报警系统的研究与实现

张会敏,谢泽奇,张云龙

(郑州大学西亚斯国际学院,河南新郑 451150)

摘要:针对家庭防盗报警系统要求可靠性高、抗干扰能力强、体积小、误报率低、便于调试等特点,设计实现了一种基于AT mega128的红外图像报警系统;首先介绍系统的总体结构,其中系统采用高性能的AVR 单片机AT mega128并结合技术成熟的CM OS 图像采集与JPEG 图像压缩技术来实现;然后重点阐述系统的工作原理、硬件组成及软件实现方法,详细介绍了系统实现过程中的关键技术;最后在不同光照下对系统进行了测试;测试结果表明:该系统具有测量精度高、运行稳定,实时性好、性价比高,具有一定的实用价值。

关键词:RS485;CM OS 图像;红外图像报警器;ATmega128

Research and Implementation of Infrared Image Alarm S ystem

Zhang H uimin,Xie Zeqi,Zhang Yunlong

(Sias Int ernational Co llege,Zheng zhou U niver sity,Xinzheng 451150,China)

Abstract:An infrared im age alarm system is designed and implemen ted in order to meet th e demands of fam ily s ecu rity-m onitoring a larm sys tem-high reliability,strong anti-interferen ce ability,s mall volume,low error rate an d debuggin g conven ience.Firs t about th e general stru cture of the s ystem,it is realiz ed b y the high -performance AVR M CU AT mega128and th e m ature technique of the CM OS Im age Collecting System an d JPEG image compression.Th en it exp oun ds emphatically th e w orkin g principle and implementation m ethod of hardw are and softw are,and gives a detailed description on th e k ey technology du ring the system design course.T he las t part is about system test in different illumination.T he test r esult show s th at this system has high m easuring accuracy,s table operation,good real-

tim e and h igh performan ce-price ratio,and it has certain practical value.

Key words :RS485;CM OS image;in frared image alarm;A Tmega128

图1 系统结构图

0 引言

对防盗报警系统的开发一直是近些年的一个重点研究领域。目前它已从原来的简单、局部监控阶段走向集成化、智能化发展阶段,市场上的电子防盗报警产品繁多。但究其特点而言,它们要么功能简单且误报率高,要么价格昂贵,让用户难以接受[1]。本文在对RS485和T CP/IP 通讯协议研究的基础上,结合CM OS 图像采集技术和JPEG 图像压缩技术,提出了一种基于A V R 单片机A T mega128和红外检测技术的新型图像报警系统,该系统不但可以及时检测到入侵者并报警,同时也能够保存入侵者的有效图像信息,而且价格便宜。下面重点对其总体方案和系统构成进行介绍。

1 系统总体结构

系统采用分层次、分布式集中控制方案,将所有红外图像报警器组成一个分布式网络,其总体结构如图1所示。整个系统包括管理中心服务器、区域控制器、红外图像报警器三层结构。管理中心服务器是整个红外报警系统的管理和控制中心,包括对报警管理系统程序的运行和数据库的管理。数据库采用

支持网络通讯的数据库结构,方便功能的扩展。本系统采用SQ L Server 2000,主要设计了两个表:报警信息表和报警日志表。为了实现对所有报警器进行实时、统一管理,红外图像报警器一旦检测到报警信号,就将报警信息按照设置的相应格式发送到服务器的数据库中,并修改相应的日志文件,同时进行报警并显示报警信息。管理员通过查询软件可以查询到目前的各个报警器的状态,以及以前的日志文件。

区域控制器采用RS485 T CP/IP 通讯转换器,负责红外图

像报警器和管理中心服务器之间的信息交互,通过RS485和T CP /IP 通信协议之间的格式转换,实现数据转发的功能,不具有控制功能[2]。它的主要作用是将报警器的RS485信号转换成为T CP/IP 信号,从而直接接入局域网,实现管理中心服务器与红外图像报警器之间的通讯。

第2期张会敏,等:红外图像报警系统的研究与实现 433

2 红外图像报警器设计

系统采用热释电传感器作为感知部件,当有人进入到热释电红外传感器的范围内,传感器通过给A V R 单片机发送触发信号,立即启动摄像头工作,再由单片机将摄像头拍摄的图像数据处理成压缩文件保存到图像存储单元,并同时通过网络将其发送到管理中心服务器端,中心服务器则根据图像中人的行为做出正确的判断,决定是否启动报警电路进行报警。当没有触发信号传入到单片机时,单片机读取时钟信号并显示在LCD 显示器上,

系统根据时钟信号定时检测系统的状态。2 1 硬件设计

硬件电路有图像采集模块、红外检测模块、RS485通信模块、声光报警模块、液晶显示模块、输入输出模块、检测控制模块等电路模块组成。各电路模块组成结构如图2所示。

图2 红外图像报警系统组成

(1)采用A tmel 公司的A V R 单片机AT meg a128作为处理器。AT meg a128单片机是整个红外图像报警器的核心部分,主要完成红外信号的检测、图像的采集与压缩、进行声光报警、键盘识别和液晶屏的显示以及和上位机之间的通信等功能。AT mega128单片机具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器,寄存器都直接与算术逻辑单元(A LU )相连接,实现一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器,大大提高了代码效率,并且具有比普通微处理器高10倍的数据吞吐率。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间,AT mega128的数据吞吐率高达1M IP S/M H z,故可实现系统的稳定性、实时性、可交互性。

(2)图像采集模块使用的是CM O S 彩色图像传感器OV 6620。它支持连续和隔行2种扫描方式,CIF 与Q CI F 两种图像格式;最高像素为356 292,帧速率为26fps;数据格式包括YU V 、Y CrCb 、RG B 三种,OV 6620内部可编程功能寄存器的设置有上电模式和SCCB 编程模式,采集的图像具有清晰度高、容量小、实时性强等优点[3]。本系统采用SCCB 编程模式,连续扫描,8位RGB 数据输出,并通过单片机AT meg a128来设置OV 6620的相关寄存器,达到配置OV 6620的工作模式和参数设置。由于单片机AT meg a128的频率较低,因此使用FIF O 芯片IDT 7205作为图像传感器与A V R 单片机之间的数据缓存,通过设计一定的逻辑电路,使图像传感器自动地将图像数据写入IDT 7205,同时A VR 单片机开始从IDT 7205读出数据。在研究了相关设备的使用说明后,利用单片机A T mega128通过设置OV 6620和IDT 7205的读写信号及同步时序信号来控制,实现图像信息的采集,并对图像信息进行压缩处理。系统硬件结构框图如图3所示。

(3)

红外检测模块主要由热释电红外检测探头SD02和

图3 图片采集系统结构图

BISS0001信号处理电路组成。其中,由于人体恒温37 ,发出波长10 m 左右的红外线,热释电红外检测探头SD02检测波长为8~12 m 之间红外信号的变化转变为电信号,并对自然界中的可见光信号具有抑制作用;菲涅尔透镜具有聚焦红外信号的作用。而BISS0001作为红外传感器信号的处理芯片,是CM O S 数模混合专用集成电路,具有功耗低、输入阻抗高、抗干扰能力强和工作电压范围宽等优点[4]。在本系统中为了防止重复报警,BISS0001在第2脚输出由高变低后,将进入其报警封锁时间。系统监控距离是10m,故设定时间为10s,可通过调节BISS0001第5、6脚的电阻R9和电容C7的大小来实现。这样即使有人进入防区,BISS0001的时钟第2

脚也

不会连续输出高电平,从而避免重复报警,降低系统功耗。红外检测及电路处理电路如图4所示。

图4 红外检测及电路处理电路

(4)系统在报警时需要记录报警时间及图片的采集时间,通过采用美国DA LL A S 公司推出的低功耗串行通信接口专用芯片DS1305来提供一个准确可靠的时钟。在本系统中,采用SERM O DE 接地、使用三线串行方式与单片机AT meg a128进行数据通信,其中,SCL K 作为时钟输入,SD A 作为串行数据输入和输出,R ST 作为通讯允许信号。

(5)图像存储单元主要用来存储Camera OV6620采集的图像,使用AT M EL 生产的AT 45DB161D 存储器来实现。AT 45DB161B 存储器单片容量是16M,采用SPI 接口进行读写。SPI 接口利用SCK 、SI 和SO 三根线进行数据的读/写。其中,SCK 为时钟信号,SI 和SO 为数据输入和输出线。AT 45DB161B 的SCK 引脚的时钟信号必须由单片机ATmeg a 128输入,读/写命令字由SI 引脚输入,数据由SO 引脚输出。

(6)检测控制模块主要是实时监测报警检测状态和通讯的状态,并执行控制器的各种控制信息,如执行关闭报警、执行报警等;输入输出模块包括LCD 液晶显示部分和键盘输入部分,L CD 液晶显示部分选用以ST 7920为控制器的128 64带汉字库的液晶模块,用以显示时间日期及各种状态信息,作为

434 计算机测量与控制第19卷

人机交互的界面;键盘输入部分采用4*4键盘输入,主要为AV R A T meg a128提供用户的输入信息;声光报警部分则为根据系统的设置发出入侵报警或电路故障的报警声音。

2 2 软件设计

红外图像报警系统的程序包括:ATmega 128对红外检测电路的中断处理、ATmeg a 128与Camera OV 6620的IIC 总线通信程序、ATmeg a 128与计算机之间通信程序、读写时钟芯片DS1305

及L CD 液晶显示程序、检测报

警状态程序及存储器读写程序等。红外图像报警系统的主程序流程图如图5所示。

图5 红外图像报警器主程序流程图

图7 J PE G 编码流程图

3 关键技术及其实现

3 1 AVR ATm ega128与C MOS 的接口设计

3 1 1 O V6620的寄存器设置

在本系统中,OV 6620内部可编程功能寄存器的设置使用SCCB 编程模式。由于SCCB 不支持多字节的读写,N A 位必须为高电平。SCCB 的写周期直接使用IIC 总线协议的写周期时序;而SCCB 的读周期,则增加一个总线停止条件。另外,SCCB 没有重复起始的概念,因此在SCCB 的读周期中,当主机发送完片内寄存器地址后,必须发送总线停止条件。不然在发送读命令时,从机将不能产生Don't ca re 响应信号。O V6620功能寄存器的地址为0x00~0x 50(其中,不少是保留寄存器)。通过设置相应的寄存器,可以使O V6620工作于不同的模式[5]。例如,设置OV 6620为低分辨率、自动曝光、自动白平衡和设置帧时钟周期,需要进行如下设置:

OV6620_set_regis ter(Address,0x11,0x02)OV6620_set_regis ter(Address,0x13,0x20)OV6620_set_regis ter(Address,0x13,0x21)OV6620_set_regis ter(Address,0x14,0x20)

OV 6620_set _r egister ()为设置寄存器函数,它的第1个参数A ddress 为宏定义的OV 6620芯片地址0x C0,第2个参数为片内寄存器地址,第3个参数为相应的寄存器设定值。3 1 2 获取图像

O V 6620有4个同步信号:VSY NC (垂直同步信号)、FO DD (奇数场同步信号)、H REF (水平同步信号)、P CLK (像素同步信号)。当采用连续扫描方式时,只使用V SY

N C 和H REF 、P CLK 三个同步信号。其时序图如图6所示。

图6 OV6620的时序图

图像采集的基本流程为:当用SCCB 初始化好OV 6620后,等待V SY NC 对应的中断,在V sync _IRQ ()中断服务程序中判断是否已取得一帧图像数据。若不是,则打开ID T 7205的写使能,将一帧图像数据写入FIF O 存储器中;若是,则关闭IDT 7205的写使能,OV 6620不向IDT 7205写入图像数据,而等待A V R 单片机读取IDT 7205存储器的一帧图像数据。3 2 图像格式处理与图像压缩

3 2 1 图像格式处理

当O V6620采集到的数据存放在IDT 7205后,AT meg a128对IDT 7205进行读复位,使FIF O 指针指向首地址,并根

据O V6620所输出的RGB 数据格式进行读取,然后将数据保存成BM P 文件,经过图

像压缩,保存到AT 45DB161D 存储器,最后再传输给服务器。其中,A T meg a128对IDT 7205所读取的数据进行BM P 格式处理的位图文件头和位图信息头的实现函数分别是vo id cre ateheader (char *header,int heig h,int w idth)和v oid cre ateinfoheader (char *infoheader ,int heig h,int w idth)。3 2 2 图像压缩鉴于本系统进行图像压缩的主要目的是节约存储空间,但对图像的清晰度又有一定的要求,因此,在研究目前图像压缩技术的基础上,本系统采用JP EG 静止图像压缩编码算法,此算法不仅满足减小图像存储空间的要求,而且该算法复杂度较低,可减轻AT mega128的运算负担,大大提高系统的实时性和有效性。JP EG 编码过程如下:原始图像首先分解为8*8像素块,每一个8*8像素块借助于正向DCT 变换成64个值(即DCT 系数),然后对这64个系数分别用相应的量化表量化。在H uffman 编码前,先采用熵编码,使二维的图像数据变换为一维的ZIGZ AG 序列[6]。具体过程如图7所示。

本系统先用C 语言模拟AV R 的JP EG 算法,以判断代码的正确性,验证JP EG 编码算法的复杂度和可靠性,在验证通

第2期张会敏,等:红外图像报警系统的研究与实现

435

过后,把代码做适当修改移植到A V R A T mega128上。

4 实验结果分析

为了验证本系统设计的红外图像报警器的有效性和可行性,系统在实验室进行了实验测试。红外检测模块是实现图像采集的先决条件,其中,热释电红外检测探头SD02距离地面2m,仰角可在水平120 、垂直60 范围内进行调节,可通过改变仰角来进行实际检测距离的调整,本设计电路调整检测距离为10m 。在不同的光照背景下进行了100次检测,其红外检测距离统计如表1所示。

表1 红外检测成功率统计表

检测距离(单位:米)

0~1010~1212~1414~1818以上成功率

95%

图8 OV6620采集的图像

OV 6620采集到的图像大小是356 292像素,经过图像压缩后图像的清晰度和容量大小如图8所示。

5 结束语

系统采用高性能的控制芯片A V R AT mega128并结合技术成熟的CM O S 图像采集和JPEG 图像压缩技术,分析了红外图像报警系统的硬件组成和软件设计,提出了一种基于A T mega128的红外图像报警系统的解决方案。系统具有性能稳定、实时性强、集成度高、扩展性灵活等特点,体现了简单、安全、有效、可靠的报警系统的设计理念,适用于家庭、商场、办公楼、学校等各种场所。实验表明,系统运行稳定、实时性好、安全性高。

参考文献:

[1]任献伟,李洋,杜清珍,等.基于CPLD 的智能安防报警系统

发射模块设计[J ].计算机测量与控制,2009,17(5):949 950,953.

[2]张会敏,罗中剑.基于RFID 技术的电子密码锁的研究及实现

[J].微计算机信息,2009,25(14):188 189,184.

[3]莫思特,吴志红.200万像素数字摄像机设计及关键技术研究

[J].光电工程,2009,36(05):117 121.

[4]吕璠.热释电红外报警器的设计[J ].廊坊师范学院学报(自

然科学版),2009,9(3):62 64.

[5]廖梦云,赵利,莫金旺.基于CM OS 图像传感器的嵌入式视频

采集系统设计[J].计算机系统应用,2009,52(5):194 197.[6]刘宇,贺树猛,常丹华.基于DSP 的静态数码相机图像的压缩

编码[J].电子技术,2008,30(11):71 73.

(上接第428页)

压,而不是测温电阻两端的电压;所以会出现大于报警门限电

压的报警信号。

为了解决尖峰电压引起的误报警问题,需要对控制电路进行改进。最有效的方式就是K 1~K 10切换时,前一路控

制信号尚未变成低电平时,下一路控制信号已经变成高电平,这样就是前后两路控制信号出现搭接的现象;当搭接的时间大于继电器的释放时间与动作时间之和时就能够避免电流源开路的情况,那么电流源开路引起的误报警也就随之解决;由于本电路实现的是上限温度报警,所以由于两路继电器同时接通使波形产生的向下的尖峰对本功能没有影响。通过改变CPL D 中程序的HD L 语言描述方式,可以方便地实现上述功能。改进后的波形图如图5所示。

图5 改造后的波形图

3 结论

本文针对多路温度传感器超温巡检电路使用中出现的放大器芯片容易损坏和误报警问题,详细分析了该功能电路的工作原理,找到了设计存在的缺陷。通过在恒流源输出端增加稳压二极管的方式解决了放大器芯片容易损坏的问题;改控制电路使前后两路控制信号有一个大于继电器延时时间的搭接时间,并通过CP LD 实现,从而解决了误报警问题。在此项工作中总结出了如下经验:采用电流激励,电压测量的方法来测试电阻信号时,应注意输入电阻断路时对测试电路的保护,还要注意保护电路不要影响测试准确性;用数字电路控制继电器时,应考虑因继电器动作延时产生竞争和冒险的情况;在分析产品质量问题时,应重视对故障元件的失效分析;处理产品在定型后出现的质量问题时,应有设计人员参加,不要轻易排除设计原因。

参考文献:

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M ].北京:高等教育出版

社,2001.

[2]Paul H orowitz,Win field Hill.电子学[M ].吴利民、余国文,译.

北京:电子工业出版社,2005.

[3]Bob z eidman.基于FPGA&CPLD 的数字IC 设计方法[M ].赵宏

图,译.北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[4]穆磊,王学智.温度测量及故障诊断系统的设计[J].计算机测

量与控制,2002,10(10):643 644.

[5]李行善,左毅,孙杰.自动测试系统集成技术[M ].北京:

电子工业出版社,2004.

红外图像增强算法研究

红外图像增强算法研究安阳，胡耀祖武汉理工大学信息学院，武汉 (430070) E-mail：alen1983@https://www.360docs.net/doc/c76415225.html, 摘要：本文根据红外图像的特点介绍了几种经典的图像增强算法，讨论算法的效果，提出对算法的一些改进，给出了一些改进后的效果。关键词：红外图像，直方图，锐化 1.引言红外技术是二战后兴起的一项红外信息转换与处理技术。它研究红外辐射的发射、传输和接收的规律及其应用原理，而红外成像技术是其应用最广泛的方面。随着科技的不断发展，红外热成像技术在军事、科研、工农业生产、医疗卫生等领域的应用越来越广泛，与此同时图像实时处理的研究也得到了迅速发展[1]。随着红外成像技术的广泛应用，人们对红外图像成像质量的要求越来越高，要提高红外图像的质量可以有两种途径：一是不断研究更高性能的红外探测器;另一个就是要进行红外图像的预处理，从而改善图像质量。目前随着材料技术的突破，美国，西欧等发达国家在红外成像阵列的研制取得了巨大的发展，高密度，高灵敏度，快响应的红外焦平面阵列在军事上已经得到了应用，非制冷焦平面阵列也得到了快速的发展。但是由于材料器件的限制，仅仅依靠红外探测器的提高不能完全达到我们所期望的图像质量，而且高精度的探测器件的研制所花费的人力物力是十分巨大的。而解决这个问题的一个有效的手段就是对红外图像进行实时图像预处理。实时图像处理技术能在现有的条件下不仅能提高红外图像质量，而且在较短的时间内迅速改善和提高红外热像仪的各项性能指标。 2.红外图像对比度增强算法 2.1 红外图像的特点红外成像的目标和背景的红外辐射需经过大气传输、光学成像、光电转换和电子处理等过程，才被转换成为红外图像。所以从红外图像的产生过程分析，红外图像主要有以下特点：1）空间相关性强，对比度低；2）表征对象的温度分布，是灰度图像，分辨率较低，图像比较模糊；3）噪声干扰较大，噪声比较复杂，信噪比低；4）存在器件性的非均匀性等。我们可以看出红外图像存在很多缺陷，对人眼来说其最显著的特点就是对比度很低，图像很模糊，所以本文主要从对比度提升和图像锐化两个方面进行增强算法的研究。 2.2 红外图像的直方图均衡化及改进红外图像直方图的特点是像素相对比较集中，灰度值变化不大，使得图像的对比度很低，视觉效果很差。直方图均衡的作用是改变图像中灰度概率分布，使其均匀化。使图像中灰度概率密度较大的像素向附近灰度级扩展，因而灰度层次拉开，而概率密度较小的像素的灰度级收缩，从而让出原来占有的部分灰度级，这样的处理使图像充分有效地利用各个灰度级，因而增强了图像对比度。

红外报警系统方案设计全解

红外报警系统建设方案 2016.05.31

第一章系统概述 (1) 1.1系统的意义 (1) 1.2系统的功能 (1) 1.3系统的类别 (2) 1.4主动红外报警系统 (2) 第二章系统方案设计 (2) 2.1系统构成图 (3) 2.2前端探测器 (3) 2.3信道传输 (4) 2.4中心控制部分 (5) 第三章主要设备参数 (5) 3.1中心设备 (5) 3.2前端设备 (5) 第四章设备安装方案......................................... 错误！未定义书签。第五章设备报价及清单.. (7)

第一章系统概述 1.1系统的意义随着社会的发展，人们安防意识的提高，现代化的安防技术得到了广泛的应用。在一些重要的区域，如工厂、苗圃、机场、军事基地、武器库、监狱、银行金库、博物馆、发电厂、油库等处，为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防范措施是在这些区域的外围周界处设置一些（如铁栅栏、围墙、钢丝篱笆网等）屏障或阻挡物，安排人员加强巡逻。在目前犯罪分子利用先进的科学技术，犯罪手段更加复杂化、智能化的情况下，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。因此，安装应用先进的周界探测报警系统就成为一种必要措施。周界探测，一旦发现入侵者可立即发出报警，好像在重要区域的周界处墙加了一道人眼看不见的“电子围墙”忠诚地守卫着要害目标。 1.2系统的功能周界防护系统主要是对非出入通道的周边区域进行监视和管理，目的在于防止非法入侵。通常情况下周界的范围较大，不同的周界，条件和环境也不同，往往单靠人防很难实行全面而有效的管理。而周界报警系统可对周界区域实施24小时实时报警，并可进行计算机化管理，使管理人员能及时准确地了解苗圃周边环境的实际情况，遇有非法入侵能自动报警，自动显示报警区域；自动记录警情及自动转发报警信息；配以视频监控能实时而直观地观察和记录布控现场的实际情况，为警情核实及警后处理提供切实可靠的资料。本系统的设计思路是，以满足目前的应用为出发点，合理优化设计方案；并兼顾未来的应用需求和技术发展，为系统在技术上提供有效的平滑过渡环境。本系统做成后能够达到的目的：设置报警系统的目的是：建立安全可靠的环境，加强货车出入口的安全管理管理，防止因车辆盲区造成的安全事故，保证厂区内部的安全，辅助工作人员对于厂区的安防管理，达到当货车到达自定区域前提前预警报警的作用。

红外线防盗报警器电路原理图

红外线防盗报警器电路原理图该红外线防盗报警器的特点是，当有人经过防盗物的主要通道、靠近防盗物或破门而入时，即能发出较洪亮的报警声，并延长一段时间才会停止。如果盗贼仍然在此位置左右移动，则报警声仍然持续发出。工作原理红外线防盗报警器电路原理图如图1所示。红外线发射器由IC2（NE555）、R1、R2、C3等元件组成振荡频率为40kHz的多谐振荡器。VLS是红外线发射探头，其40kHz高频信号由它向外辐射，形成红外线光束。VDL是红外线接收探头，它与IC3 (CX20 106A)组成红外线接收、整形和放大电路，放大后的红外线信号变成电脉冲信号。IC4及其外围元器件组成报警执行电路，一旦其2脚为低电平，电路立即翻转，信号输出端3脚立即转为高电平输出，同时具有延时功能。平时，VDL接收到VDL辐射的红外光束。红外线接收专用前置放大集成电路（它的特点是灵敏度高、不用电感谐振线圈）IC3的信号输出端7脚为低电平，VT1呈截止状态，IC4的2脚为高电平，3脚为低电平输出，因此后续电路均不会工作，无报警声发出。当有人经过防盗物的主要通道、进人房门或靠近防盗物时，挡了一下红外光线，在挡住的瞬间，I

C3的7脚立即转为高电平，从而使VTl饱和导通，2脚立即为低电平，故IC4翻转，3脚为高电平，K得电吸合，接通模拟声报警专用集成电路IC5的电源，扬声器BL就发出响亮的警报声。与此同时，IC4进人延时阶段，约经过2nun（计算公式为t=1 ．1RgC8）时间后，IC4置位，使3脚又转为低电平，报警声停止。如果这时红外线又被挡住，电路会再次工作。元器件选择 IC1选用CW7806或LM7806集成电路；IC2，IC4均选用555时基集成电路； IC3选用CX20106或KA2184集成电路；IC5选用KD -9561四声模拟声集成电路。 VT1选用3DG12或9013型硅晶体管；VT2选用8050型NPN晶体管，要求电流放大系数β>10 00 VD1一VD4选用1 N4004 x 4整流桥堆，V D5选用2CP10型二极管。VL（红外线发射管）、V

基于SIFT特征向量的图像拼接技术研究

基于SIFT特征向量的图像拼接技术研究摘要图像拼接技术是数字图像处理邻域的一个研究热点，一直是计算机视觉、模式识别、医学等领域研究的一个重要课题，图像拼接技术也是图像处理工作中的关键技术之一。所谓图像拼接就是将有重叠的图像无缝拼成一幅大宽视域图像的技术。它包含两个关键技术：图像配准和图像融合。近年来，随着技术的成熟，图像拼接技术被很好的应用到了机器人导航、无人平台战场监控、航拍图像处理等多个领域。基于特征的图像配准与拼接技术配准结果准确拼接效果良好且不易受光照、旋转等因素的影响是当前图像配准与拼接领域研究的热点。本文在深入研究和学习已有的基于SIFT的图像配准与拼接技术的基础上，详尽地分析了现有算法的不足，并提出了若干改进算法。关键字：图像拼接，特征，线段特征，图像融合 Image splicing technology research based on SIFT feature vector abstract Image splicing technology is a research focus in the neighborhood of digital image processing, has been the computer vision, pattern recognition, an important hot topic in the field of medicine and other fields, image splicing technology is one of the key technologies of image processing work. The so-called image mosaicing is there will be overlapping images seamless Mosaic a big wide horizon image technology. It includes two key techniques: image registration and image fusion. In recent years, with mature technology, image splicing technology is very good application in robot navigation, unmanned platform battlefield monitoring, aerial image processing and other fields. Based on the characteristics of image registration and Mosaic registration results are accurate stitching effect is good and not easily influenced by factors such as illumination, rotation is the hotspot in research of image registration and Mosaic. Based on the in-depth research and study of the existing image registration based on SIFT and splicing technology, on the basis of the shortage of the existing algorithm is analyzed in detail, and puts forward some improved algorithm. The keyword：Image stitching, features, line features, image fusion 目录第一章绪论 (2) 1.1研究背景和意义 (2) 1.2国内外研究现状 (3) 1.3研究内容 (4) 第二章图像拼接的相关理论基础 (6) 2.1图像拼接的基本流程 (6)

红外图像的处理及其MATLAB实现

红外图像的处理及其MATLAB 函数实现 0.引言随着红外技术日新月异的发展，红外技术在军事及人们日常生活中有着越来越广泛的应用。但由于红外探照灯及红外探测器件的限制，红外成像系统的成像效果仍然不够理想。在民用监测应用中，主要表现为夜视距离近，图像背景与被监测目标之间对比度模糊，被监测目标细节难以辨认，图像特征信息不明确等方面。为使图像更适于人眼观测、适用于图像后续目标识别及跟踪处理，有必要在红外图像采集和处理上做进一步的研究，来增强红外图像视觉效果。 1. 红外图像的获取及其特点 1.1 红外图像的获取红外图像主要是由红外热像仪采集的。红外热像仪是一种二维热图像成像装置。热成像系统是一个光学一电子系统，可用于接收波长在m 100~75.0之间的电磁辐射，它的基本功能是将接收到的红外辐射转换成电信号，再将电信号的大小用灰度等级的形式表示，最后在显示器上显示出来。图1.1就是一张采集到的红外图像。图1.1 输入的红外图像

1.2 红外图像的特点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差。根据其成像原理，总结红外图像特点如下： (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、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，给红外图像带来多种多样的噪声，比如热噪声、散粒噪声、f 1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。由以上五点可知，红外图像一般较暗，且目标与背景对比度低，边缘模糊，视觉效果差。通过以上比较分析，可以总结：可见光图像与红外图像的成像机理虽然不同(可见光图像是利用物体对光线的反射来获得的，而红外图像是靠物体自身的红外辐射获取的)，但在低照度情况下，可见光图像与红外图像的视觉效果和直方图特征均相同，因此可以采用低照度可见光图像的处理方法来处理红外图像。 2. 红外图像的增强 2.1 图像增强图像增强是指对图像的某些特征，如边缘、轮廓、对比度等进行强调或突显，以便于观察或做进一步的分析与处理。图像增强不意味着能增加原始的信息，有时甚至会损失一些信息，但图像增强的结果却能加强对特定信息的识别能力，便图像中感兴趣的特征得以加强，从而使这些特征的检测和识别变得更加容易。图像增强方法的分类如图2.1所示：

一种自适应红外图像增强技术

收稿日期:2009205210 基金项目:教育部科学技术重点研究项目资助(108114) 作者简介:寇小明(19672),男,中船重工第705所研究员,西安电子科技大学博士研究生,E 2mail :casscamm @https://www.360docs.net/doc/c76415225.html,. 一种自适应红外图像增强技术寇小明1,2,刘上乾1,洪　鸣1,汪大宝1 (1.西安电子科技大学技术物理学院,陕西西安　710071; 2.中船重工第705研究所,陕西西安　710075) 摘要:针对红外热成像对比度不足的问题,提出了一种S 曲线映射函数,该函数具有定义域与值域区间一致、拐点非对称的特点,在目标图像增强的同时拟制了杂波背景.为了满足动态场景自适应增强的需要,建立了基于场景灰度特征调整S 曲线参数的动态自适应模型,该模型用灰度直方图的阈值和调制度作为输入,用图像增强算法的参数作为输出,并基于典型样本数据通过人工神经网络的BP 算法确定出了模型中权系数的值,工程应用实例表明这种方法是切实有效的. 关键词:红外成像;背景抑制;图像增强;自适应;BP 算法中图分类号:TN911.73 文献标识码:A 文章编号:100122400(2009)0621070205 Approach for adaptive infrared thermal image enhancement KOU X i ao 2mi ng 1,2,L I U S hang 2qi an 1,HO N G M i ng 1,W A N G D a 2bao 1 (1.School of Technical Physics ,Xidian Univ.,Xi ’an 710071,China ; 2.No.705Research Institute CSIC ,Xi ’an 710075,China ) Abstract :　As for the inadequate contrast of inf rared thermal imaging ,as S curve mapping f unction is proposed to enhance target objectives and in the meantime suppress background clutters ,which has the same range of domain with a variable interval and a non 2symmetrical inflection point.With the need of adaptive enhancement for the changing scene ,a dynamic self 2adaptive model is proposed to adjust the parameters of the S curve based on the scene.By using the threshold and modulation of histogram as the input parameters and the parameters of the enhancement algorithm as the outputs ,the coefficients of the model is determined based on typical samples of data through the artificial neural network BP algorithm , with the application showing that this approach is effective. K ey Words :　infrared imaging ;background suppression ;image enhancement ;adaptive ;BP algorithm 红外成像过程由于受到目标辐射特性、红外传输特性、红外探测特性和环境因素的影响,其成像质量远远低于可见光图像,主要体现为非常低的对比度和信噪比.按照普朗克方程,常温附近场景中1K 的温差,在中红外波段反映出的对比度信息大约是4%,在长波段大约是2%[1],在实际应用中常温附近3K 的表观温差意味着非常好的热成像条件,但此时图像的热对比度仍然比较低[2],因此,红外成像观测系统的性能较强地受到背景的制约,属于BL IP 系统.在红外探测、识别和跟踪应用中,背景温度的影响非常显著,如何进行背景抑制和图像增强一直是红外成像技术研究的核心问题之一[3]. 红外图像增强技术可以分为静态和动态两种,静态图像增强适用于静态图像或远距离的准静态成像观测,增强技术主要有模糊域、遗传算法等[425],这些算法计算量较大.目前红外成像已从远距离探测应用发展到近距离的动态观测,场景中目标和背景相对位置、尺寸和温差都是动态变化的,而非静态探测时相对单一,此时所采用的增强技术要能满足动态场景实时观测的需要. 目前在红外成像动态增强方面,常采用基于直方图分析的灰度变换,有单阈值处理,也有双阈值处2009年12月第36卷　第6期　西安电子科技大学学报(自然科学版) J OU R NAL O F XI D IAN U N IV E R S I T Y Dec.2009 Vol.36　No.6

红外线防盗报警器课程设计报告

红外线防盗报警器课程设计报告北华航天工业学院课程设计报告(论文) 设计课题:红外线防盗报警器设计专业班级: B10231 学生姓名: 指导教师: 设计时间: 2012年6月25日北华航天工业学院电子工程系红外线防盗报警器课程设计任务书姓名: 专业: 通信工程班级: B10231 指导教师: 职称: 课程设计题目: 红外线防盗报警器已知技术参数和设计要求: , 该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 , 要求: , 1、灵敏、可靠、一经触发，即刻报警 , 2、对产品材料精益求精，延长使用寿命 , 3、根据实际应用环境，自己选择传感器，确定红外检测范围。所需仪器设备: 直流供电电源，信号发生器，双踪示波器，数字电压表，计算机等成果验收形式: 面包板插接+实物演示+答辩

参考文献: 《电子技术基础模拟部分》(高教康华光) 《电子工艺与课程设计》(电子工业出版社毕亚军、崔瑞雪) 第17周: 周1---周2 :立题、论证方案设计～选择元器件安装调试周4---周5 :插面包板调试电路时间第18周: 安排周1---周3 :焊接制成电路～完成设计周4---周5 :验收答辩指导教师: 张洁教研室主任: 崔瑞雪 2012年6 月 14 日内容摘要红外线防盗报警器目前市场上已有成型产品，且市场较为成熟。由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。红外线传感器分主动式与被动式两种，主动式设计方案简单，但成本较高，从成本考虑，本课题通过介绍热释红外传感器RE200BP的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线传感器应用于报警系统中，从而能够实现防盗报警能。该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、和报警指示电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。关键词被动式红外报警器;热释电传感器;菲涅尔透镜;防盗报警器目录

红外线防盗报警器

红外报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。因此，红外防盗报警器通常被放在关键的位置发挥重要作用。但使用红外报警器的位置复杂，作为隐形的电子警察，为了让它安置后发挥的防盗效果更好，我们该如何在不用位置选择不同的种类? 红外防盗报警器主要采用红外热感应技术对指定区域进行布控，当有不速之客入侵时，区域内的热量便会立即发送变化，探测器发现这一变化后就会发出报警声，并主动向主人拨号报警。而被动红外报警器一般应用于室内，例如企业，由于室内光线稳定、红外热量比较恒定，这种环境下被动红外报警器的探测效果会更好，企业根据自身环境

特点选择防盗报警器，这样才能将防盗系统发挥最大的作用。相比被动红外防盗报警器，主动红外系统一般用在周界防范，选购时也需注意以下问题： 1、由于主动红外入侵报警器易受雾霾严重影响，因此，室外使用时应选择具有自动增益功能的设备;另外，所选设备的探测距离实际警戒距离留出20%以上的余量，能够减少因气候变化而引起的误报警。 2、在室外使用时，一定要选用双光束或3光束主动红外入侵报警器，以减少动物、落叶等引起的系统误报警。 3、在围墙、屋顶或空地上使用主动防盗报警器时，应选择具有避雷功能的设备。遇有折墙且距离又近时，可选用反射器件，以减少报警器的使用数量。另外，作为人体检测的热释红外传感器，多是用双元件组成。双元件的特点一是当人射的能量顺序地射到两个元件时，由于两只元件为串联，其输出比一只元件高一倍;另是由于两只元件为逆向相连接，对于相同且同

(完整版)基于单片机的红外报警器的设计

微机原理与单片机系统课程设计专班姓名: 学兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014 年 12 月 31 日

基于51单片机的红外防盗报警器的设计 1设计说明 1.1设计目的该设计以单片机AT89C51芯片为核心，加上必要的外围电路，构成了一个基于单片机的红外线防盗报警器。功能主要通过软件编程来实现，降低了硬件电路的复杂性和制作成本。此外，设计中所采用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，以满足现代人们住宅防盗的需要。 1.2设计要求该设计要求当热释电红外线传感器探测到人体辐射的红外线时，单片机控制电路启动声光报警并显示报警次数。此外，用户还可以设定报警时间并手动解除报警。 1.3设计方法该设计以AT89C51单片机为核心，由时钟电路、复位电路、外部触发电路、报警时间选择电路、声光报警电路、报警次数显示电路和中断报警电路共同组成报警系统。系统具有显示报警次数，设定报警时间，手动解除报警的功能。 2设计方案及原理 2.1设计方案简述该设计使用AT89C51单片机芯片控制电路，通过热释电红外传感器采集外部触发信号，采用7段LED数码管显示报警次数，采用蜂鸣器和红色发光二极管实现声光报警，手动解除报警功能由单片机外部中断实现，报警时间由单片机内部定时器实现。 2.2热释电红外传感器简单介绍热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。 2.3 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自

红外图像与可见光图像融合笔记

红外图像与可见光图像融合笔记图像融合是将来自不同传感器在同一时间(或者不同时间)对同一目标获取的两幅或者多幅图像合成为一幅满足某种需求图像的过程。为了获得较好的融合效果，在研究融合算法之前，对图像预处理理论及方法进行了研究。预处理理论主要包括图像去噪、图像配准和图像增强。图像去噪目的是为了减少噪声对图像的影响。图像配准是使处于不同状态下的图像达到统一配准状态的方法。图像增强是为了突出图像中的有用信息，改善图像的视觉效果，并方便图像的进一步融合。图像融合评价方法：主观评价和客观评价。指标如：均值、标准差、信息熵等。针对IHS变换和小波变换的优缺点，本文提出了一种基于这两种变换结合的图像融合方法。该算法的具体实现步骤如下：先对彩色可见光图像进行IHS变换，对红外图像进行增强，然后将变换后得到的I分量与已增强的红外图像进行2层小波分解，将获得的低频子带和高频子带使用基于窗口的融合规则，而后对分量进行小波重构和IHS逆变换，最后得到融合结果。经仿真实验证明，此结果优于传统IHS变换和传统小波变换，获得了较好的融合结果，既保持了可见光图像中的大量彩色信息又保留了红外图像的重要目标信息。红外传感器反映的是景物温度差或辐射差，不易受风沙烟雾等复杂条件的影响。一般来说，红外图像都有细节信息表现不明显、对比度低、成像效果差等缺点，因此其可视性并不是很理想。可见光成像传感器与红外成像传感器不同，它只与目标场景的反射有关与其他无关，所以可见光图像表现为有较好的颜色等信息，反应真实环境目标情况，但当有遮挡时就无法观察出遮挡的目标。利用红外传感器发现烟雾遮挡的目标或在树木后的车辆等。在夜间，人眼不能很好的辨别场景中的目标，但由于不同景物之间存在着一定的温度差，可以利用红外传感器，它可以利用红外辐射差来进行探测，这样所成的图像虽然不能直接清晰的观察目标，但是能够将目标的轮廓显示出来，并能依据物体表面的温度和发射率的高低把重要目标从背景中分离出来，方便人眼的判读。但由于自身成像原理以及使用条件等原因，所形成图像具有噪声大、对比度低、模糊不清、视觉效果差等问题。不利于人眼判读。可以将两者图像融合在一起，这样可以丰富图像信息，提高图像分辨率，增强图像的光谱信息，弥补单一传感器针对特定场景表达的不全面，实现对场景全面清晰准确的表达。两者的主要区别有： (1)可见光图像与红外图像的成像原理不同，前者依据物体的反射率的不同进行成像，后者依据物体的温度或辐射率不同进行成像，因此红外图像的光谱信息明显不如可见光图像。

基于单片机的红外感应报警系统设计

1系统设计的目的意义 1.1 目的报警器在现实生活中应用非常的广泛，家庭防盗，汽车安全防盗，企业内部安全保障，特别是金融行业等。一般传统式的报警器采用机械式的，如压电式报警器，当有入侵者将压力施加与压电传感器时，机械能在压电传感器中转化为电能，通过放大电路，将信号方法，从而带动发声报警装置，这类报警装置通过物体的接触实现信息的采集，容易被发现，隐蔽性能差，容易遭到破坏，而且传统式的报警器使用寿命短，造成不必要的经济浪费。本次设计目的在于设计以红外传感器为基础的红外线传感器，红外线是一种不可见的光，任何物体都会发出红外线，所以其隐蔽性能非常的好。如果采用被动式的红外探测，只需要将红外传感器远探测人体发射的红外线，探测装置无需与被测物体直接接触，就可以感受到入侵者的进入。本设计就才用被动式红外探测的方式，当有入侵者入侵时候，红外探测头会感受到人体发出的红外信号的变化，通过放大电路，将红外传感器中微小的电信号进行放大，并将信号输入到单片机中，单片机中的程序将传感器发送来的信号做处理并发送到光报警系统和声音报警系统中，光报警系统在接受到信号后，红灯亮10S，声音报警系统在接收到信号后，扬声器响10S，当10后，单片机重新检测是否还有红外传感器发送来的信号，如果还有，声光报警系统将继续工作。通过中断系统，可以实现声光报警系统在10S内暂停。这样就可以方便的控制报警系统的中断了。 1.2 国内外进展情况红外线报警器是紧跟着光敏传感器和物体的红外效应而出现的。美国军方是最早使用红外探测技术的国家，上世纪美国军方研制出以主动红外方式导引的精确制导炸弹，这可能是红外探测物体最早应用的实例。我国发展红外报警系统的时间起步比较晚，直到上世纪末才出现对红外报警系统的研究。但是这并没有阻碍我国红外技术的进步，从

单片机控制红外线防盗报警器电路设计

单片机控制红外线防盗报警器一、硬件电路电路原理图如图1所示。可将该电路分为以下三个部分。用当今最流行的A T89C2051单片机控制，体积小，成本低；用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰；当有人试图闯入室内时，能自动进行声光报警。现将该报警器原理介绍如下，供广大单片机爱好者参考。 1、单片机系统。U1为A T89C2051单片机。C1，R0，R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路；C2，C3以及晶振JT1组成时钟电路；C4，C5为+5V电源滤波电容。U2为CMOS6反相器CC4069，起驱动作用。VD1~VD6为红外发射管，其负极端接与P1口，P1口设置为输出状态，当P1口为“0”时，VD1~VD6发红外光。VD7~VD12为红外接收管，当接收到红外光时导通，+5V电源通过VD7~VD12加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平，这时P3.0~P3.5为低电平。发射管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置，当有人闯入时遮挡了红外线，接收管截止，反相器输入端为低电平，这时U1的P3.0~P3.5为高电平。当在一定时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出报警信号（高低电平间隔1S的脉冲信号）。驱动声光报警电路，进行声光报警，直至按复位按钮RESET或电源开关S1。由于红外收发管之间没有遮挡时为正常，有遮挡时为异常，则当P1口输出00H时，P3口的正常状态数据为00H。 2、电源电路。220V交流市电经变压器T降压，桥式整流器D1整流，电解电容C7滤波，三端稳压器78L05稳压，最后得到整机要求的+5V稳定直流电源。 3、声光报警电路。555定时器U4，扬声器BY，普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机A T89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。当P3.7为

红外图像数据处理方法研究开题报告

中北大学毕业设计(论文)开题报告学生姓名：孔祥吉学号：0705034133 学院、系：信息与通信工程学院电子工程系专业：测控技术与仪器设计(论文)题目：红外图像数据处理方法研究指导教师:郑宾 2011 年 3 月 30 日

毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、课题的研究背景及意义红外图像是伴随着红外成像技术的出现而诞生的。红外热成像技术，又称为热成像技术，是一种辐射信息探测技术，红外热成像系统能够把物体表面自然发射的红外辐射分布转变为可见图像。因为不同物体或同一物体的不同部位具有不同的红外辐射特性(如温度和发射率)，所以系统可直观地显示其差异并将它们区分开来，转换成可见图像，从而将人类的视觉感知范围由传统的可见光谱扩展到裸眼看不到的红外辐射光谱区。支撑红外成像技术的理论与技术基础包括红外物理学、光电子学、现代信息处理技术、材料科学、精密光学机械和特种红外工艺等。由于红外传感器本身固有的特性，红外图像普遍存在着目标与背景对比度较差、边缘模糊等缺点，再加上目标距传感器较远，受到大气热辐射等因素影响，使红外图像信噪比和对比度较低，图像中的目标形状和纹理信息不足。因此必须对红外图像进行增强处理，以提高信噪比和对比度。传统的增强方法都有不同程度的局限性，必须寻找新的处理思想和手段，以能够最大限度地降低红外图像的噪声，突出图像中的有用信息并提高视觉效果。因此，本课题的研究既有一定的理论价值又有相当的实际应用前景。可见光图像感受和反映的是目标及背景反射来自太阳或其它物体光线强弱的差异，而红外图像感受和反映的是目标与背景自身向外辐射能量的差异，这两者都与构成目标及背景的材料、颜色及表面光亮度有关。由于红外图像和可见光图像存在着上述本质上的差异，这就决定了红外图像与可见光图像具有各自不同的特点。由于红外波段的辐射波长比可见光长，因而红外图像的空间分辨力比可见光低；红外辐射透过雾的能力比可见光强，所以红外成像可以克服部分视觉上的障碍而探测到目标，具有比可见光更强的穿透能力；红外成像系统的主要工作波段是在3-5 um和8-14 um两个被称为红外窗口红外波段，在这两个波段内，红外辐射的透射能力很强，其作用距离是可见光的3-5倍；由于红外成像和可见光成像方式和本质的不同，红外成像系统可以全天候工作，而可见光成像传感器则不能。另外，目标的可见光图像可能受到阴影的影响，而目标的红外图像则受阴影的影响较小。可见光图像传感器利用物体的不同部分对可见光不同的反射成

图像拼接原理及方法

第一章绪论 1.1图像拼接技术的研究背景及研究意义图像拼接(image mosaic)是一个日益流行的研究领域，他已经成为照相绘图学、计算机视觉、图像处理和计算机图形学研究中的热点。图像拼接解决的问题一般式，通过对齐一系列空间重叠的图像，构成一个无缝的、高清晰的图像，它具有比单个图像更高的分辨率和更大的视野。早期的图像拼接研究一直用于照相绘图学，主要是对大量航拍或卫星的图像的整合。近年来随着图像拼接技术的研究和发展，它使基于图像的绘制( IBR )成为结合两个互补领域 ――计算机视觉和计算机图形学的坚决焦点，在计算机视觉领域中，图像拼接成为对可视化场景描述(Visual Seene Representaions)的主要研究方法：在计算机形学中，现实世界的图像过去一直用于环境贴图，即合成静态的背景和增加合成物体真实感的贴图，图像拼接可以使IBR从一系列真是图像中快速绘制具有真实感的新视图。在军事领域网的夜视成像技术中，无论夜视微光还是红外成像设备都会由于摄像器材的限制而无法拍摄视野宽阔的图片，更不用说360度的环形图片了。但是在实际应用中，很多时候需要将360度所拍摄的很多张图片合成一张图片，从而可以使观察者可以观察到周围的全部情况。使用图像拼接技术，在根据拍摄设备和周围景物的情况进行分析后，就可以将通过转动的拍摄器材拍摄的涵盖周围360度景物的多幅图像进行拼接，从而实时地得到超大视角甚至是360度角的全景图像。这在红外预警中起到了很大的作用。微小型履带式移动机器人项目中，单目视觉不能满足机器人的视觉导航需要，并且单目视觉机器人的视野范围明显小于双目视觉机器人的视野。利用图像拼接技术，拼接机器人双目采集的图像，可以增大机器人的视野，给机器人的视觉导航提供方便。在虚拟现实领域中，人们可以利用图像拼接技术来得到宽视角的图像或360度全景图像，用来虚拟实际场景。这种基于全景图的虚拟现实系统，通过全景图的深度信息抽取，恢复场景的三维信息，进而建立三维模型。这个系统允许用户在虚拟环境中的一点作水平环视以及一定范围内的俯视和仰视，同时允许在环视的过程中动态地改变焦距。这样的全景图像相当于人站在原地环顾四周时看到的情形。在医学图像处理方面，显微镜或超声波的视野较小，医师无法通过一幅图像进行诊视，同时对于大目标图像的数据测量也需要把不完整的图像拼接为一个整体。所以把相邻的各幅图像拼接起来是实现远程数据测量和远程会诊的关键环节圆。在遥感技术领域中，利用图像拼接技术中的图像配准技术可以对来自同一区域的两幅或多幅图像进行比较，也可以利用图像拼接技术将遥感卫星拍摄到的有失真地面图像拼接成比较准确的完整图像，作为进一步研究的依据。从以上方面可以看出，图像拼接技术的应用前景十分广阔，深入研究图像拼接技术有着很重要的意义 1.2图像拼接算法的分类图像拼接作为这些年来图像研究方面的重点之一，国内外研究人员也提出了很多拼接算法。图像拼接的质量，主要依赖图像的配准程度，因此图像的配准是拼接算法的核心和关键。根据图像匹配方法的不同仁阔，一般可以将图像拼接算法分为以下两个类型： (1) 基于区域相关的拼接算法。这是最为传统和最普遍的算法。基于区域的配准方法是从待拼接图像的灰度值出发，对待配准图像中一块区域与参考图像中的相同尺寸的区域使用最小二乘法或者其它数学方法计算其灰度值的差异，对此差异比较后来判断待拼接图像重叠区域的相似程度，由此得到待

一种红外图像增强算法研究

一种红外图像增强算法研究针对传统红外图像存在的一些不足，提出一种融合多尺度Retinex和小波变换的红外图像增强算法。该算法综合了小波变换多尺度、多分辨率的优点，以及多尺度Retinex红外增强的特性，利用小波变换对图像信号进行分解，对低频系数进行多尺度Retinex算法处理，而对小波分解的高频细分量进行消除噪声并改善图像细节部分，并同时也改善了性噪比、对比度以及亮度均匀性等性能指标。通过仿真该算法可增强图像细节，优化图像整体视觉效果。标签：红外图像；图像增强；小波变换；多尺度Retinex法引言随着现代科技发展及社会进步，红外成像技术已经被广泛应用于军事用途和民用领域。然而因为红外图像采集器件本身的结构和原理限制，及采集过程中复杂的环境因素影响，目前的红外成像效果无法完全满足人们的需求。所以在技术运用中需要对得到的红外图像进行必要的增强处理，以使之更利于视觉分辨，从而更好地确认目标，便于后续智能化分析与处理。小波变换是一种多分辨率分析方法，其作为一种数学工具近年来得到广泛应用[1]。由于该方法可以将图像分解成不同分辨率的尺度，它具有代表信号在时域和频域的局部特征的能力，因而通过小波重建可使处理后的图像质量得到有效改善。Retinex理论的增强算法可经过原始图像与高斯函数的卷积获得最优亮度估计，改善图像的亮度均匀性[2]。图像能量信息主要在低频部分，通过Retinex 算法可以很好的完成低频子代图像的动态压缩，改善图像整体效果[3]。文章对红外图像增强算法进行一些针对性研究，提出了一种红外图像增强算法，该算法融合了多尺度的Retinex和小波变换思想。该算法综合了小波变换多尺度、多分辨率的特点，以及Retinex红外增强的优势，实现红外图像增强，通过仿真实现增强效果较好。 1 小波变换基础理论小波变换是由傅立叶分析发展而来的新兴学科，又称多分辨分析[2]。该方法应用领域十分广泛，理论意义极其重大，无论对古老的自然科学还是新兴的高新技术应用学科都产生强烈的冲击，是目前国际高度关注的前沿领域。小波变换由于在实域和频域同时具有良好的局部化性质、多分辨率特性、低墒性、去相关性以及选基灵活的特点[4]，使得小波变换方法成为了图像增强领域的研究热点。二维离散小波变换在分析过程中可以通过一维离散小波变换为基础进行推导，而二维双正交小波变换可以分解为两个一维小波变换，即先进行X方向变

图像拼接技术的研究历史悠久

图像拼接技术的研究历史悠久。早期用于航空遥感照片合成，由于飞机或卫星上相机和地面景物之间距离很远，这种图像配准采用简单的模板匹配法。这种方法在现在也有广泛应用，可应用于航空图片合成、大文档扫描合成，视频压缩。在20世纪90年代随全视函数、全景建模、光场与光照图、同心拼图、全景图概念的提出，模型维数不断下降。自1994年Chen等人提出全景图拼接技术，国内外出现很多关于全景图生成技术的文章。全景图生成技术的基本思想是通过普通相机或摄像机对场景信息进行照片图像或视频图像采样，在固定的视点，使相机在水平面内旋转一周拍摄场景，得到一组具有重叠区域的连续环视图像序列:将图像由相机坐标投影到空间坐标:利用图像配准方法寻找将环绕一周的这组图像中，两两相邻的图像间的重叠的区域;将确定的重叠区域利用图像融合方法进行图像序列的无缝拼合，得到一幅全景图像。全景图像根据其选取视点空间的不同可分为:平面、柱面、球表面、立方体表面。目前图像配准的研究方法主要集中为基于灰度相关的方法、相位相关法、基于特征的方法。基于灰度相关方法的计算量较大，很多力求缩小模版配准计算量的改进算法被提出来。国防科大开发的HVS系统,采用的是一种基于特征线段的图像匹配算法。封静波提出相似曲线的拼接算法通过匹配两幅图像重叠区域每列梯度最大值曲线完成拼接，大大减少了传统模板匹配方法的计算量。薛峰综合基于灰度相关和特征相关算法的优点提出了基于最大梯度和灰度相关的两步配接方法。于乱采用形状模板对模板内图像的边缘点与模板边界的最短距离统计实现特征点匹配。李文辉提出采用基于粒子群优化(POS)的多分辨率算法。 1975年相位相关法由Kuglin和Hines提出，具有场景无关性，能够对纯粹二维平移的图像精确地对齐。DeCastro和Morandi发现用傅立叶变换确定旋转对齐就像平移对齐一样。Reddy和Chatterji改进了Decastro的算法，大大减少了需要转换的数量。张世阳采用了基于2幂子图像的FFT对齐方法，从而减小了FFT的计算量加快图像对齐速度和减小图像间重叠率。吴飞采用基于快速傅立叶变换的图像配准算法求取两相邻视频帧之间的配准系数。基于特征的图像对齐典型的是基于图像几何特征的对齐方法。几何特征分为低级的学硕士学位论文基于特征点的嘴卜任曰生成执术的研究特征，如边、角和高级特征如物体的识别、特征之间的关系。文(34)通过二维高斯模糊过滤可以得到一些低级特征模型，如边模型、角模型和顶点模型。因为角模型提供了比坐标点更多的信息，文〔35)中基于几何角模型提出了图像对齐算法，文〔36〕中基于几何点特征优化匹配和文(37)中利用小波变换提取保留边(。dge一preserving)的视觉模型进行图像对齐。基于高级特征的图像对齐利用低级特征之间的关系或者通过识别出的物体实现对齐。文(38)利用特征图像关系图进行图像对齐。而如何选择特征是其中的关键技术，许多研究人员也在从事这方面的究，如提取特征点算子:Morave。算子〔3，，、Forstner算子〔‘0，、susan算子〔“，、HarriS算子〔‘，，，sIFT算子〔‘3，等。边缘检测算子:Canny算子〔44]、LoG〔46]算子等。此外用于提高特征点配准精度的算法很多，赵炫利用概率模型理论精确特征点的匹配〔46]。胡社教提出利用KLT跟踪算法精确确定角点位置，提高变换矩阵的求解精度〔4v]。李寒通过引导互匹配及投票过滤方法提高特征点的检测精度〔#8]。赵辉采用相位相关法进行自动排序的特征角点匹配算法〔49]。