- 文献综述：
1 引言
随着红外技术的发展，红外成像技术在科学研究领域和军事领域都发挥着重要的作用，世界各国国防研究、工业和军事部门根据市场的不同需求，不断地利用新探测器材料开发热成像技术以适应未来战场的需要。与此同时图像实时处理的研究也得到了迅速发展。红外波段的辐射波长比无线电波短、比可见光长，因而红外图像的空间分辨力比雷达高、比可见光低。由于成像器件本身存在的缺陷和环境因素的影响，造成了红外图像的效果的不理想。所以，需要对图像进行适当的处理，以得到适应人眼观察或机器识别的图像。从红外图像中正确识别、检测出目标。
1.1 红外成像技术
红外辐射是在1800年，英国著名的天文学家F.W.Herschel在研究太阳光谱及其热效应的时候，在实验中偶然发现的。经过多次实验证实了这种辐射的存在，并且是在红光外的黑暗区，人眼看不见，因此人们将其称之为红外线。经过深入的研究发现，自然界所有温度高于绝对零度，即髙于-273℃的物体，存在分子和原子的无规则运动，表面不断地辐射与物体的表面温度有关的能量。物体的表面温度越高，辐射能量越大；其表面温度越低，辐射能量越小。在物体辐射的能量中，就存在红外辐射，其波长范围在0.75~1 000微米，介于可见光与微波之间。通常情况下，将红外线的波长分为4个波段：0.753~3微米为近红外：3~6微米为中红外;6~15微米为远红外：15~1000微米为极远红外。通过收集、探测这种辐射能量，能形成与物体辐射分布相对应的热阁像，这就是红外成像。红外辐射在大气传输中，受到水汽等气体分子的散射吸收影响，不同波段范围的红外辐射哀减特性不同，存在有若干个大气哀减透射率较高的红外波段，被称之为“大气窗口”，通常被划分为三个波段：1~3微米红外短波段；3~5微米红外中波段；8~14微米长红外波段。这几个“大气窗口”的存在，使得红外辐射比可见光辐射拥有更强的穿透雾葙雨雪的能力[1,2]。
红外成像技术是利用一系列的红外探测器与光学成像系统，将物体的辐射能量差异转化为可视图像的技术。红外成像反映的是物体因表面温度不同而产生的辐射能量差，相比于可见光成像需要物体的反射光辐射差，不受时间限制，甚至在恶劣天气条件下仍可工作，基本满足全天候的需求。红外成像技术根据工作方式的不同基本可分为主动式红外成像和被动式红外成像。主动式指的是成像之前用红外辐射源照射被探测物体，利用物体反射的红外辐射成像。被动式指的是仅依靠物体本身与环境的辐射差异成像，而不需要红外辐射源。采用被动式的工作方式，具有良好的隐蔽性，比主动式及雷达等探测侦査更安全，不易受到T扰。红外成像技术利用的是物体本身的辐射性质，在识別伪装的能力上同样优于可见光成像。红外成像技术在第二次世界大战期间首次应用于军事，德军研制出红外夜视装罝并将其装备于装甲部队，大大提高了部队的夜间行进与作战能力，引起了各国重视。战后，红外成像技术取得了巨大的发展，研制出了许多代红外热成像系统[1～3]。
1.2对比度增强研究的背景及其意义
在红外成像技术发展早期，热成像系统由于成本较高、技术复杂，只适用于军事及科学研究领域。第一代红外热成像系统是由美国德克萨兰公司研制的一种非实时温度分布记录仪，在1958年英国Lawson研制出HgCdTe探测器后，快速扫描与实时显示成为热成像系统的方向发展，在1964年诞生了第一台实时显示的军用红外热成像仪，第二代红外成像系统问世。其后热成像系统通用组件的设计是由美国完成的。伴随着红外技术的快速发展，热成像系统的性能不断提高的同时造价成本也大幅下降。第三代热成像系统由美国FS公司于20世纪90年代研制，采用红外焦平而阵列，这是红外成像技术由军用转向民用的开始[4～7]。
如今的红外热成像仪采用更大的焦平面阵列，可以多波段探测，提髙了分辨率，性能良好，能处理复杂信息且实时性更髙，便携性好，成本低，己经在多个领域被广泛使用：在军事领域用于探测跟踪热源目标、红外保密通信、夜间行动的夜视仪等；在民用领域，用于天气预报、灾害预警的遥感探测、人体的医疗诊断、电路设备和机械器材的故障检测、安全防盗的视频监控、大型工业设备的无损探测及在恶劣天气的导航系统等[2，8]。
随着红外热成像系统越来越深入与广泛的应用，人们希望得到更髙质量的红外图像，但受限于红外成像的机理以及红外热成像系统的自身原因，红外图像与可见光图像相比有很大的不足。红外图像反映的是物体的温度分布，是去除了色彩阴影信息的灰度图像，人眼观测的感觉是分辨率较低，层次感与立体感较差；观测的物体一般距离较远，波长长的红外线在远距离传输中受大气影响会产生袞减，使得红外图像的对比度较低，整体亮度偏暗，具有较强的空间相关性：红外热成像系统本身的缺陷和外界环境的千扰使得到的红外图像包含有各种各样的噪声，信噪比较低。这些不足，不利于机器识別或人眼观察，降低了红外图像在目标探测、识別、跟踪等实际应用的效果[9]。为了改善这些不足，得到更高质量的红外图像，一个途径是提升红外热成像系统的性能，改善研制更好的红外焦平而阵列和光学系统的制造工艺，减少器件本身产生的噪声，提升红外探测器对红外辐射的敏感度。另一个途径就是通过图像增强的处理手段，对得到的图像利用高性能计算器件进行后期处理，提高红外图像的对比度，凸显出有用信息。两种途径 都是各国的研究重点，但相比于第一种途径提升热成像系统的制造工艺，后一种通过算法对红外图像进行对比度增强处理的途径更加经济有效。经过多年的研究出现了多种有效的红外图像对比度增强算法。然而红外成像技术多用于实时监测，对增强算法的实时性要求较高。如何在保证算法实时性的前提下改善算法的增强 效果就成为实时红外图像对比度增强算法的研究重点和难点，对其进行研究具有重大意义。
参 考 文 献
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