一种提升SF6红外图像视觉效果的方法和系统与流程

一种提升sf6红外图像视觉效果的方法和系统
技术领域
1.本发明涉及sf6红外图像视觉提升领域，尤其涉及一种提升sf6红外图像视觉效果的方法和系统。


背景技术：

2.电力行业早期对sf6泄漏主要采用肥皂泡法、抽真空检漏法和挂瓶检漏法等传统检测方法。近几年，红外热成像检测技术在电力设备故障检测中得到了广泛的应用，由于sf6和空气对红外辐射的吸收能力在10～11m波段的差异较大，通过红外探测技术可以观察到可见光下看不到的sf6泄漏。例如美国flir公司利用sf6的红外特性研发了gf306气体检漏仪，gf306气体检漏仪能够实时捕捉sf6泄漏视频图像，该方法通过直接观察sf6泄漏视频图像来判别sf6设备的泄漏点，其相比于传统检测方法，具有无需停电、危险性小等优点。
3.但是gf306气体检漏仪内部通常采用的是双边滤波功能，而双边滤波在红外图像色差较大时容易产生伪影，且sf6红外成像时易受背景高斯噪声影响，呈现出低对比度和低信噪比特性，使得sf6红外成像的视觉效果不高。
4.为此，提供了一种提升sf6红外图像视觉效果的方法和系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种提升sf6红外图像视觉效果的方法和系统，，解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明提供一种提升sf6红外图像视觉效果的方法，包括：基于retinex理论得出红外图像中的照射分量并去除，获得反映景物本质的反射分量；
8.采用单尺度算法实现红外图像边缘和细节的增强；
9.采用引导滤波算法去除高斯噪声并克服红外图像的伪影。
10.优选的，令所述红外图像为i(x，y)，建立retinex理论表达式：
11.i(x，y)＝r(x，y)l(x，y)；
12.所述retinex理论表达式中，r(x，y)为反射常量，l(x，y)为照射分量。
13.优选的，所述单尺度算法采用高斯环绕函数与原始红外图像进行卷积，获得照射分量，建立单尺度算法表达式：
14.lgr(x，y)＝1gi(x，y)-lgl(x，y)
15.＝lgi(x，y)-lg[g(x，y)*i(x，y)]；
[0016]
所述单尺度算法表达式中，g(x，y)为高斯环绕函数，则所述高斯环绕函数表达式为：
[0017][0018]
所述高斯环绕函数表达式中，λ为归一化常数，使得∫∫g(x，y)dxdy＝1，δ为尺度因
子，δ决定待增强红外图像的细节保留程度。
[0019]
优选的，建立引导滤波线性函数，细化红外图像去雾算法中的透射图：
[0020][0021]
所述线性函数中，q为输出图像，i为引导图像，当局部窗口为k时，ak、bk为线性函数的系数。
[0022]
优选的，对所述线性函数进行求导后，得到导函数：
[0023][0024]
所述导函数中，当i的梯度变化时，输出图像q也相应进行梯度变化。
[0025]
优选的，所述导函数中，系数a通过线性回归求出，使得拟合函数的真实值与输出值的差值最小，则建立线性回归方程：
[0026][0027]
所述线性回归方程中，p为待处理图像，用于限制求解a的参数。
[0028]
优选的，所述线性回归方程通过最小二乘法后，分别得到ak方程与bk方程：
[0029][0030][0031]
所述ak方程与bk方程中，μk是i在窗口ωk的平均值，是i在ωk中的方差，|ω|是ωk中像素的数量，是待处理图像p在ωk中的均值。
[0032]
优选的，计算每个所述窗口的线性系数时，一个像素会被多个所述窗口包含，要具体求某一点的输出值时，将该点的函数值做平均，得到qi表达式：
[0033][0034]
所述qi表达式中，qi是最终的像素值，窗口ωk包含所有像素i，k是其中心位置，当引导图像等于输入图像p时，得到ak方程变换式与bk方程变换式：
[0035][0036]bk
＝(1-ak)μk；
[0037]
所述ak方程变换式与bk方程变换式中，当ε＝0时，有ak＝1，bk＝1，qi＝ii＝pi，输出图像和输入图像相同；
[0038]
当ε＞0且图像局部方差较大时，有此时输出图像近似等于输入图像，则保持了与输入图像相同的边缘信息；
[0039]
当ε＞0且图像局部方差较小时，有此时图像q的灰度值近
似为ωk的平均值，则该区域被平滑了。
[0040]
本发明提供一种提升sf6红外图像视觉效果的系统，包括：第一单元，基于retinex理论得出红外图像中的照射分量并去除，获得反映景物本质的反射分量；第二单元，采用单尺度算法实现红外图像边缘和细节的增强；第三单元，采用引导滤波算法去除高斯噪声并克服红外图像的伪影。
[0041]
本发明的有益效果为：
[0042]
1、通过红外原图与高斯环绕函数卷积得到照射分量和图像的低频部分，经过红外原图中的低频部分去除后，得到红外图像的高频部分，提高了红外图像的视觉效果，单尺度算法实现了红外图像边缘和细节的增强，更有利于人眼识别红外图像的边缘和细节的信息。
[0043]
2、通过引导滤波算法细化红外图像去雾算法中的透射图，相比于双边滤波算法，引导滤波算法不仅具有双边滤波算法的红外图像边缘保持特性，还具有去除高斯噪声的能力，而且能够克服双边滤波在红外图像色差大的时候产生伪影的缺点，进一步地提高了红外图像的视觉效果。
附图说明
[0044]
图1为本发明的一种提升sf6红外图像视觉效果的方法的示意图；
[0045]
图2为本发明的一种提升sf6红外图像视觉效果的系统的示意图。
[0046]
主要附图标记说明：
[0047]
1-第一单元，2-第二单元，3-第三单元。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0050]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0051]
还应当理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0052]
本发明的一种提升sf6红外图像视觉效果的方法，结合图1来说明，包括以下步骤：
[0053]
s1、基于retinex理论得出红外图像中的照射分量并去除，获得反映景物本质的反射分量；
[0054]
s2、采用单尺度算法实现红外图像边缘和细节的增强；
[0055]
s3、采用引导滤波算法去除高斯噪声并克服红外图像的伪影。
[0056]
令红外图像为i(x，y)，retinex建立理论表达式：
[0057]
i(x，y)＝r(x，y)l(x，y)；
[0058]
retinex建立理论表达式中，r(x，y)为反射常量，l(x，y)为照射分量。
[0059]
单尺度算法采用高斯环绕函数与原始红外图像进行卷积，获得照射分量，建立单尺度算法表达式：
[0060]
lgr(x，y)＝lgi(x，y)-lgl(x，y)
[0061]
＝lgi(x，y)-lg[g(x，y)*i(x，y)]；
[0062]
单尺度算法表达式中，g(x，y)为高斯环绕函数，则高斯环绕函数表达式为：
[0063][0064]
高斯环绕函数表达式中，λ为归一化常数，使得∫∫g(x，y)dxdy＝1，δ为尺度因子，δ决定待增强红外图像的细节保留程度。
[0065]
单尺度算法的处理过程非常拟合人眼的视觉成像过程，单尺度算法的基本思路是：基于retinex理论，首先构建高斯环绕函数，通过红外原图与高斯环绕函数卷积得到照射分量和图像的低频部分，经过红外原图中的低频部分去除后，得到红外图像的高频部分，提高了红外图像的视觉效果，单尺度算法实现了红外图像边缘和细节的增强，更有利于人眼识别红外图像的边缘和细节的信息。
[0066]
建立引导滤波线性函数，细化红外图像去雾算法中的透射图：
[0067][0068]
线性函数中，q为输出图像，i为引导图像，当局部窗口为k时，ak、bk为线性函数的系数。
[0069]
对线性函数进行求导后，得到导函数：
[0070][0071]
导函数中，当i的梯度变化时，输出图像q也相应进行梯度变化。
[0072]
导函数中，系数a通过线性回归求出，使得拟合函数的真实值与输出值的差值最小，则建立线性回归方程：
[0073][0074]
线性回归方程中，p为待处理图像，用于限制求解a的参数。
[0075]
线性回归方程通过最小二乘法后，分别得到ak方程与bk方程：
[0076][0077][0078]ak
方程与bk方程中，μk是i在窗口ωk的平均值，是i在ωk中的方差，|ω|是ωk中像素的数量，是待处理图像p在ωk中的均值。
[0079]
计算每个窗口的线性系数时，一个像素会被多个窗口包含，要具体求某一点的输
出值时，将该点的函数值做平均，得到qi表达式：
[0080][0081]
qi表达式中，qi是最终的像素值，窗口ωk包含所有像素i，k是其中心位置，当引导图像等于输入图像p时，得到ak方程变换式与bk方程变换式：
[0082][0083]bk
＝(1-ak)μk；
[0084]ak
方程变换式与bk方程变换式中，当ε＝0时，有ak＝1，bk＝1，qi＝ii＝pi，输出图像和输入图像相同；
[0085]
当ε＞0且图像局部方差较大时，有此时输出图像近似等于输入图像，则保持了与输入图像相同的边缘信息。
[0086]
当ε＞0且图像局部方差较小时，有此时图像q的灰度值近似为ωk的平均值，则该区域被平滑了。
[0087]
引导滤波算法相比于双边滤波算法更具优越性，首先通过建立引导滤波线性函数，细化红外图像去雾算法中的透射图，对线性函数进行求导得到导函数，使得图像进行梯度变化，在导函数中通过建立线性回归方程，使得拟合函数的真实值与输出值的差值最小，线性回归方程通过最小二乘法运算后，分别得到ak方程与bk方程，ak方程与bk方程中显示了窗口的平均值、像素的数量以及待处理图像的均值，计算每个所述窗口的线性系数时，一个像素会被多个所述窗口包含，要具体求某一点的输出值时，将该点的函数值做平均，得到qi表达式，qi表达式中显示了最终像素值，当引导图像等于输入图像时得到ak方程变换式与bk方程变换式，ak方程变换式与bk方程变换式中：当ε＝0时，有ak＝1，bk＝1，qi＝ii＝pi，输出图像和输入图像相同；当ε＞0时且图像局部方差较大时，有此时输出图像近似等于输入图像，保持了与输入图像相同的边缘信息；当ε＞0时且图像局部方差较小时，有此时图像q的灰度值可近似为ωk的平均值，则该区域被平滑了。引导滤波算法相比于双边滤波算法而言，引导滤波算法不仅具有双边滤波算法的红外图像边缘保持特性，还具有去除高斯噪声的能力，而且能够克服双边滤波在红外图像色差大的时候产生伪影的缺点，进一步地提高了红外图像的视觉效果。
[0088]
本发明提供如图2所示的一种提升sf6红外图像视觉效果的系统，包括：第一单元1，基于retinex理论得出红外图像中的照射分量并去除，获得反映景物本质的反射分量；
[0089]
第二单元2，采用单尺度算法实现红外图像边缘和细节的增强。
[0090]
第三单元3，采用引导滤波算法去除高斯噪声并克服红外图像的伪影。
[0091]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技
术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0092]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。