本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于紅外目標(biāo)提取和偽彩色技術(shù)的紅外/微光圖像融合便攜式夜視系統(tǒng)。技術(shù)背景夜視裝備主要有微光和紅外兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)。微光的優(yōu)點(diǎn)是視覺感受接近可見光，能很好的識別對于可見光反射率不一樣的物體，缺點(diǎn)是對于溫度不敏感，難以探測到隱蔽的目標(biāo)；紅外的優(yōu)點(diǎn)是對于溫度很敏感，能很好的探測到溫差目標(biāo)，且探測距離遠(yuǎn)，有穿透煙霧等能力，缺點(diǎn)是對于溫度很接近的場景目標(biāo)難以識別。把兩種傳感器的圖像進(jìn)行融合顯示，使信息得到互補(bǔ)，讓人在夜晚能更好的觀察。目前大部分的微光和紅外圖像融合系統(tǒng)采取雙通道數(shù)字融合，通過微光CCD通道和紅外熱像儀通道的圖像，進(jìn)行數(shù)字融合；也有采取簡單的對灰度圖像進(jìn)行光學(xué)疊加的方式進(jìn)行融合；光學(xué)設(shè)計(jì)上有采取共光軸的設(shè)計(jì)，也有采取分離式雙光路的方式。人眼對經(jīng)過偽彩色處理后的圖像信息有更好的分辨能力，所以對灰度圖像進(jìn)行偽彩色變換后顯示是必要的。雙通道數(shù)字融合方式的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、算法復(fù)雜、功耗高、體積大且成本高。簡單的對灰度圖像進(jìn)行光學(xué)疊加的方式不能保證很好的融合效果，如果配準(zhǔn)不好會(huì)導(dǎo)致圖像模糊，如果光學(xué)設(shè)計(jì)的放大率不是匹配的一倍放大率的設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致觀察者判斷失誤和產(chǎn)生不舒適感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對雙通道數(shù)字圖像融合系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，簡單光學(xué)疊加融合效果不佳的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種基于紅外目標(biāo)提取和偽彩色技術(shù)的微光/紅外圖像融合夜視系統(tǒng)。本發(fā)明所述的紅外/微光圖像融合夜視系統(tǒng)，其特征為由微光物鏡組、微光像增強(qiáng)器、紅外物鏡組、非制冷長波紅外探測器、圖像處理電路模塊、電信號傳輸線，OLED微型顯示器、合光棱鏡和目鏡系統(tǒng)組成；其中，外部景物的光線通過微光物鏡組由微光像增強(qiáng)器接收并進(jìn)行光子能量放大后經(jīng)合光棱鏡投影在目鏡系統(tǒng)上；外部同一景物的紅外光線通過紅外物鏡組由非制冷長波紅外探測器接收，生成8位的數(shù)字灰度圖像（256個(gè)灰階），通過電信號傳輸線輸入到圖像處理電路模塊進(jìn)行去噪、增強(qiáng)的預(yù)處理和目標(biāo)提取及圖像的電子配準(zhǔn)，然后對灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理，再輸出到OLED微型顯示器上進(jìn)行彩色顯示，OLED微型顯示器顯示的圖像，經(jīng)過合光棱鏡投影在目鏡系統(tǒng)上；微光通道和紅外通道的圖像經(jīng)過光學(xué)投影，實(shí)現(xiàn)圖像的融合。即以微光圖像為背景,光學(xué)投影上偽彩色紅外目標(biāo)圖像，實(shí)現(xiàn)微光圖像和紅外圖像的融合。上述的結(jié)構(gòu)中，微光和紅外的光路要匹配，且微光和紅外都要滿足一倍的放大率，保證微光和紅外圖像的初步配準(zhǔn)。微光物鏡組、紅外物鏡組和目鏡系統(tǒng)的焦距滿足以下關(guān)系：其中，f1',f2',f3'分別為微光物鏡組、紅外物鏡組和目鏡系統(tǒng)的焦距；d5,d6分別為非制冷長波探測器和OLED微型顯示器的對角尺寸。上述的目標(biāo)提取，即根據(jù)景物的溫度所對應(yīng)的灰度值進(jìn)行閾值分割，實(shí)現(xiàn)剔除背景，保留目標(biāo)信息的目的。將常見場景的溫度所對應(yīng)的灰度值設(shè)為默認(rèn)閾值，大于或等于默認(rèn)閾值時(shí)，灰度值不變，小于默認(rèn)閾值時(shí)，灰度值等于0。上述的圖像的電子配準(zhǔn)，即對紅外圖像的電子放大、旋轉(zhuǎn)、平移變換和OLED微型顯示器的顯示控制。對紅外圖像的顯示進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)紅外圖像與微光圖像一個(gè)像素內(nèi)的圖像配準(zhǔn)。上述的偽彩色處理，即應(yīng)用灰度級—彩色變換法，由已知的灰度信號得到相應(yīng)的R，G，B三基色的亮度信號，把得到的三基色的亮度值輸入監(jiān)視器，得到彩色的圖像。本發(fā)明的應(yīng)用證明：融合后的圖像微光背景清晰，紅外目標(biāo)突出；夜視系統(tǒng)體積小，重量輕，能長時(shí)間工作，特別適合夜晚車輛駕駛和單人便攜觀察使用。附圖說明圖1為本發(fā)明夜視系統(tǒng)融合過程流程示意圖；圖2為本發(fā)明夜視系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明夜視系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的微光物鏡組示意圖；圖4為本發(fā)明夜視系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的紅外物鏡組示意圖；圖5為本發(fā)明夜視系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的合光棱鏡與目鏡系統(tǒng)示意圖；圖6為3×3模板的中值濾波示意圖；圖7為圖像對比度拉伸示意圖；圖8為雙線性插值示意圖；圖9為未經(jīng)平移或旋轉(zhuǎn)的紅外圖像；圖10為圖9所示的整幅圖像水平向左平移一個(gè)像素的示意圖；圖11為圖9所示的整幅圖像垂直向上平移一個(gè)像素的示意圖；圖12為圖9所示的整幅圖像圍繞圖像中心像素逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的示意圖；圖13為本發(fā)明夜視系統(tǒng)中OLED微型顯示器寄存器03H的地址，控制OLED微型顯示器在垂直方向的顯示區(qū)域；圖14為本發(fā)明夜視系統(tǒng)中OLED微型顯示器寄存器04H的地址，控制OLED微型顯示器在水平方向的顯示區(qū)域；圖15為本發(fā)明夜視系統(tǒng)中OLED微型顯示器對應(yīng)的顯示區(qū)域示意圖；圖16為本發(fā)明夜視系統(tǒng)中應(yīng)用的灰度級—彩色變換對應(yīng)折線圖。圖中，1是微光物鏡組，10是微光物鏡前組第一透鏡，11是微光物鏡前組第二透鏡，12是微光物鏡前組第三透鏡，13是微光物鏡后組第一透鏡，14是微光物鏡后組第二透鏡，15是微光物鏡后組第三透鏡，16是微光物鏡后組第四透鏡；2是紅外物鏡組，21是紅外物鏡前組，22是紅外物鏡后組；3是目鏡系統(tǒng)，31是目鏡第一透鏡，32是目鏡第二透鏡，33是目鏡第三透鏡；4是微光像增強(qiáng)器；5是非制冷長波紅外探測器；6是OLED微型顯示器；7是合光棱鏡；8是圖像處理電路模塊；9是電信號傳輸線。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1和2所示，本發(fā)明所述的紅外/微光圖像融合夜視系統(tǒng)，其特征在于由微光物鏡組1、微光像增強(qiáng)器4、紅外物鏡組2、非制冷長波紅外探測器5、圖像處理電路模塊8、電信號傳輸線9，OLED微型顯示器6、合光棱鏡7和目鏡系統(tǒng)3組成；其中，外部景物的光線通過微光物鏡組1由微光像增強(qiáng)器4接收并進(jìn)行光子能量放大，光子能量放大后的微光圖像經(jīng)合光棱鏡7投影在目鏡系統(tǒng)3上；外部同一景物的紅外光線通過紅外物鏡組2由非制冷長波紅外探測器5接收，生成8位256個(gè)灰階的數(shù)字灰度圖像，通過電信號傳輸線9輸入到圖像處理電路模塊8進(jìn)行去噪、增強(qiáng)的預(yù)處理和目標(biāo)提取及圖像的電子配準(zhǔn)，然后對灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理，再輸出到OLED微型顯示器6上進(jìn)行偽彩色顯示，OLED微型顯示器顯示的偽彩色紅外目標(biāo)圖像，經(jīng)過合光棱鏡7投影在目鏡系統(tǒng)3上；微光通道和紅外通道的圖像最終都投影在目鏡系統(tǒng)3上，通過光學(xué)疊加，實(shí)現(xiàn)微光圖像和紅外圖像的融合。如圖2所示，為保證微光直視系統(tǒng)和紅外觀察系統(tǒng)的視放大率相等，即同時(shí)滿足一倍的視放大率關(guān)系，微光物鏡組1、紅外物鏡組2和目鏡系統(tǒng)3的焦距滿足以下關(guān)系：其中，f1',f2',f3'分別為微光物鏡組1、紅外物鏡組2和目鏡系統(tǒng)3的焦距；d5,d6分別為非制冷長波探測器5和OLED微型顯示器6的對角尺寸。如圖3所示，微光物鏡組1為一個(gè)大孔徑（F/1.6）、大視場(2w=40°)的大像差物鏡系統(tǒng)，需要校正七種像差（垂軸色差、慧差、畸變、軸向球差、象散、場曲和軸向色差），故采用對稱的高斯型式，提供二十六種變量，以校正以上七種像差。微光物鏡組1由微光物鏡前組和微光物鏡后組組成，微光物鏡前組與微光物鏡后組組成對稱的結(jié)構(gòu)型式。微光物鏡前組由微光物鏡前組第一透鏡10，微光物鏡前組第二透鏡11，微光物鏡前組第三透鏡12組成。微光物鏡前組第一透鏡10材料選自LaF5，微光物鏡前組第二透鏡11材料選自BaK6，微光物鏡前組第三透鏡12材料選自ZF6。微光物鏡后組由微光物鏡后組第一透鏡13，微光物鏡后組第二透鏡14，微光物鏡后組第三透鏡15，微光物鏡后組第四透鏡16組成。微光物鏡后組第一透鏡13材料選自QF6，微光物鏡后組第二透鏡14材料選自LaF3，微光物鏡后組第三透鏡15材料選自LaF3，微光物鏡后組第四透鏡16材料選自ZF6。微光物鏡組1采用對稱結(jié)構(gòu)型式，用于使垂軸色差、慧差和畸變相互抵消，校正軸向像差，即軸向球差、象散、場曲和軸向色差。表面1、表面2分別為微光物鏡前組第一透鏡10的前后表面；表面3、表面4分別為微光物鏡前組第二透鏡11的前后表面；表面4、表面5分別為微光物鏡前組第三透鏡12的前后表面；微光物鏡前組第二透鏡11與微光物鏡前組第三透鏡12進(jìn)行膠合，共用表面4；STOP面為光闌面，處于微光物鏡前組與微光物鏡后組之間；表面7、表面8分別為微光物鏡后組第一透鏡13的前后表面；表面8、表面9分別為微光物鏡后組第二透鏡14的前后表面；微光物鏡后組第一透鏡13與微光物鏡后組第二透鏡14進(jìn)行膠合，共用表面8；表面10、表面11分別為微光物鏡后組第三透鏡15的前后表面；表面12、表面13分別為微光物鏡后組第四透鏡16的前后表面；表面14為微光像增強(qiáng)器4保護(hù)玻璃的前表面；表面IMAG為微光像增強(qiáng)器4保護(hù)玻璃的后表面，也為微光物鏡組1的像面位置。表1微光物鏡組1光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)表面曲率半徑厚度材料有效孔徑123.393.6LaF5Ф17.621312.20.1Ф16.6311.5884.7BaK6Ф14.04-42.361.3ZF6Ф12.058.8722Ф9.8STOP∞1.3Ф9.67-15.1361.3QF6Ф10.0810.30595LaF3Ф12.69-24.210.1Ф13.21027.7044.3LaF3Ф13.411-25.9022Ф13.412-12.1341.3ZF6Ф12.813-39.634Ф13.614∞5.6FK2Ф16.0IMAG∞0Ф18.0如圖4所示，紅外物鏡組2為一個(gè)大孔徑（F/1.8）、大視場(2w=33.4°)的大像差系統(tǒng)，需要校正七種像差（垂軸色差、慧差、畸變、軸向球差、象散、場曲和軸向色差），采用對稱的高斯型式。紅外物鏡組2由紅外物鏡前組21和紅外物鏡后組22組成,材料都選用Ge；紅外物鏡組2采用對稱結(jié)構(gòu)形式，用于使垂軸色差、慧差和畸變相互抵消，校正軸向像差，即軸向球差、象散、場曲和軸向色差；紅外物鏡前組21的前表面采用偶次非球面，此偶次非球面的線性方程式為其中：紅外物鏡后組22的后表面采用偶次非球面，此偶次非球面的線性方程式為其中：表面15、表面16分別為紅外物鏡前組21的前后表面；STOP面為光闌面，處于紅外物鏡前組21和紅外物鏡后組22之間；表面18、表面19分別為紅外物鏡后組22的前后表面；表面20、表面21分別為非制冷長波紅外探測器5的前后表面；IMAG面為紅外物鏡組2的像面。表2紅外物鏡組2光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)表面曲率半徑厚度材料有效孔徑15偶次非球面3.9GeФ17.81616.985.4Ф14.6STOP∞5.3Ф10.618-709.64.5GeФ13.219偶次非球面10Ф13.620∞0.7GeФ9.621∞4.826Ф10.0IMAG∞0Ф15.2表面15偶次非球面系數(shù)為：R=17.80829k=0.95525A=-2.50695E-5B=-6.92821E-8C=-7.13524E-10D=-4.49778E-12表面19偶次非球面系數(shù)為：R=-83.78067k=0A=6.34154E-6B=-7.20176E-8C=4.63649E-9D=-5.27999E-11如圖5所示，合光棱鏡7材料選自QK3；目鏡系統(tǒng)3為一個(gè)小孔徑（D=5mm）、大視場(2w=44°)、遠(yuǎn)出瞳距離（lZ'=16.14mm）的目鏡系統(tǒng)。目鏡系統(tǒng)3由目鏡第一透鏡31，目鏡第二透鏡32，目鏡第三透鏡33所組成。目鏡第一透鏡31材料選自ZK1，目鏡第二透鏡32材料選自LaK3，目鏡第三透鏡33材料選自ZF5，用于校正像散、垂軸色差和慧差。初級慧差與光束孔徑的平方成正比，由于目鏡系統(tǒng)的出瞳直徑比較小，慧差不會(huì)太大，在這三種像差中，它居于次要地位。目鏡系統(tǒng)著重校正像散和垂軸色差兩種像差。其中STOP面為目鏡系統(tǒng)的光闌面；表面23、表面24分別為目鏡第三透鏡33的前后表面；表面24、表面25分別為目鏡第二透鏡32的前后表面；目鏡第二透鏡32與目鏡第三透鏡33進(jìn)行膠合，共用表面24；表面26、表面27分別為目鏡第一透鏡31的前后表面；表面28、表面29分別為合光棱鏡7的前后表面；IMAG面為目鏡系統(tǒng)的像面。表3目鏡系統(tǒng)和合光棱鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1所示，圖1中的虛線箭頭表示光路，實(shí)線箭頭表示電信號的傳輸。紅外通道的圖像處理電路模塊8對由非制冷長波紅外探測器5生成的8位、256個(gè)灰階的數(shù)字灰度圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)的預(yù)處理、目標(biāo)提取、圖像的電子配準(zhǔn)和對灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理。圖像處理電路模塊8采用Xilinx公司的芯片Spartan6。一、對數(shù)字灰度圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)的預(yù)處理。1.去噪聲處理。應(yīng)用3×3的模板進(jìn)行中值濾波處理，如圖6所示：濾波后，f(i,j)濾波后的灰度值f'(i,j)如下式（1）：即取9個(gè)像素中灰度值大小為中間值的像素灰度值為濾波后f'(i,j)的灰度值。2.圖像增強(qiáng)處理。應(yīng)用對比度拉伸來進(jìn)行圖像增強(qiáng)。如圖7所示，在低灰度值區(qū)域進(jìn)行灰度值壓縮，在高灰度值區(qū)域也進(jìn)行灰度值壓縮，在中間區(qū)域進(jìn)行灰度值拉伸，具體的算術(shù)表達(dá)式為下式（2）所示。g(x,y)為f(x,y)經(jīng)過對比度拉伸后的灰度值。二、數(shù)字灰度圖像的目標(biāo)提取。將常見場景的溫度所對應(yīng)的灰度值閾值125設(shè)為默認(rèn)閾值，大于或等于默認(rèn)閾值125時(shí)，灰度值不變，小于默認(rèn)閾值125時(shí)，灰度值等于0。通過按鍵調(diào)整程序中的閾值來進(jìn)行調(diào)整，保留了根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行閾值調(diào)整的能力。三、圖像的電子配準(zhǔn)。如圖2、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15所示，要保證微光和紅外兩圖像在一個(gè)像素以內(nèi)的配準(zhǔn)，必須進(jìn)行紅外圖像的電子學(xué)處理，進(jìn)行插值、平移變換、旋轉(zhuǎn)和OLED微型顯示器6的顯示區(qū)域控制。采取以下方法實(shí)現(xiàn)：1.通過插值的方式實(shí)現(xiàn)紅外圖像的放大。本實(shí)施例采用雙線性插值的方式進(jìn)行插值來對紅外圖像進(jìn)行放大。如圖8所示，Q11，Q12，Q21，Q22為已有像素，像素灰度值分別為f(Q11)，f(Q12)，f(Q21)，f(Q22)，插入新像素P，求解過程如式（3）、（4）、（5），最后可得式（6），f(x,y)為像素P的灰度值。2.以微光圖像為基準(zhǔn)，對紅外圖像進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)：⑴如圖9、圖10和圖11所示，更改圖像處理電路模塊8內(nèi)FPGA中的影射表，來進(jìn)行平移。圖10為圖9所示的整幅圖像水平向左平移一個(gè)像素，同理也可向右平移。圖11為圖9所示的整幅圖像垂直向上平移一個(gè)像素，同理也可以垂直向下移動(dòng)。⑵如圖9和圖12所示，更改圖像處理電路模塊8內(nèi)FPGA中的影射表，來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。圖像中心像素（圖9和圖12中的F）不變，其他像素圍繞中心進(jìn)行相應(yīng)的移動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)，圖12是圖9逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°的結(jié)果，同理也可以進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。3．如圖13、圖14和圖15所示，設(shè)置OLED微型顯示器6的寄存器，控制OLED微型顯示器的顯示區(qū)域，這樣就可以彌補(bǔ)機(jī)械和光學(xué)結(jié)構(gòu)不精確導(dǎo)致的顯示區(qū)域誤差，實(shí)現(xiàn)兩幅圖像完整區(qū)域的配準(zhǔn)。⑴如圖13所示，修改寄存器03H的數(shù)值，控制OLED微型顯示器在垂直方向的顯示區(qū)域。⑵如圖14所示，修改寄存器04H的數(shù)值，控制OLED微型顯示器在水平方向的顯示區(qū)域。圖15是OLED微型顯示器的顯示區(qū)域示意圖。四、對灰度圖像進(jìn)行偽彩色處理。本實(shí)施例應(yīng)用灰度級—彩色變換法，由已知的灰度信號得到相應(yīng)的R，G，B三基色的亮度信號，然后把得到的三基色的亮度值輸入監(jiān)視器，得到彩色的圖像。采取以下方法實(shí)現(xiàn)：1.設(shè)定R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)分別代表(x,y)的灰度值所對應(yīng)的紅、綠、藍(lán)三色的亮度值。2.圖16所示為本實(shí)施例的灰度級—彩色變換折線圖，滿足公式（7），對應(yīng)灰度圖像的灰度值，得出R，G，B三基色的亮度值。此偽彩色編碼低于常溫的目標(biāo)偏綠色，和微光圖像銜接自然，而高于常溫的目標(biāo)偏暖色。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主觀評價(jià)的結(jié)果很好。