近红外辐射是夜天光的重要成分，充分利用近红外辐射是提高真彩色夜视成像系统信噪比的有效手段。然而，对近红外辐射反射率高的绿色植物在真彩色夜视图像中存在偏色严重的问题。本文分析了红、绿、蓝通道中绿色植物图像的灰度值分布后发现：①绿色植物区域的景深大；②全通通道和红色通道的差值为不含近红外辐射的绿、蓝分量之和，且绿色植物区域在差分图像中的绿、蓝分量很小。本文基于这两个特点提出一种景深差分提取绿色植物的方法，之后根据色彩平衡原理利用所提取的绿色植物区域去调整红色通道和蓝色通道的值。结果表明：该方法能够有效校正近红外辐射对图像色彩的影响，还原绿色植物图像的色彩。

为了得到忠于人眼视觉特性的真彩色夜视图像, 根据典型目标夜间光谱特性以及微光夜视系统的成像模型, 基于最小欧氏距离原理, 提出了一种三波段真彩色夜视光谱划分方法。设置了实验室场景和室外场景, 对本文中提出的光谱划分方法与传统光谱划分方法进行了对比实验, 并对得到的真彩色夜视图像细节(空间频率)做了分析。结果表明, 相对于原始微光图像, 空间频率分别提高了61.2%, 52.0%; 本文中的方法对于典型目标(绿色草木)具有更好的彩色还原效果; 基于最小欧氏距离的光谱划分方法可将夜间可见光分离为三波段, 并可有效利用其光谱信息, 得到对于典型目标的具有自然感彩色且较原始微光图像信息量更为丰富的真彩色夜视图像。

为了得到具有自然彩色的夜视图像, 彩色夜视技术的研究成为夜视技术研究领域的一大热点。介绍了夜视技术的发展概况和获得具有自然感彩色夜视图像的彩色夜视技术手段, 主要可分为硬件方式和软件合成的方式, 其中软件方式主要有基于多传感器图像融合的方法和基于色彩传递的方法。详细介绍了两种方式的技术方案, 并对彩色夜视技术做出了技术展望。

针对夜视系统前加入窄带滤光片会使其输出图像的信噪比大幅降低的问题,设计了基于负滤光片的真彩色夜视系统,并分别以标准比色板和自然景物为探测目标,设置与基于窄带滤光片真彩色夜视系统的对比实验,利用输出的真彩色夜视图像边缘图与参考图像边缘图的相关系数值来间接评价信噪比。结果表明:在实验一中,当环境照度为0.51 lx时,基于负滤光片的方法与基于窄带滤光片的方法相关系数持平,当照度分别为0.12,0.04,0.01 lx时,前者相对于后者相关系数分别提高了14.9%,26.8%,128.0%;在实验二中,前者相关系数亦高于后者。故与传统真彩色夜视系统相比,基于负滤光片的真彩色夜视系统可工作于更低照度条件下,能够输出具有更高信噪比的真彩色夜视图像。

低照度成像系统输出一般都是黑白视频, 为了获得更好的夜视实际应用效果, 提出了一种基于YUV空间色彩传递的低照度视频图像彩色化及增强的亮度拉伸色彩传递方法.该方法借鉴了双波段色彩传递自然感彩色融合方法, 由灰度图像及其负片图像构成初始彩色图像, 并对亮度通道进行自适应亮度拉伸, 在UV通道进行参考图像的色彩传递, 实现灰度图像的自然感彩色化和增强.通过与其他基于色彩传递的彩色化方法比较, 亮度拉伸色彩传递方法对参考图像和源图像的相似程度要求较低; 选取几幅适当的典型场景彩色参考图像, 可对绝大多数场景取得较好的彩色化效果, 具有很好的场景环境普适性.同时可以看出, 该方法高效, 对比度高, 颜色协调性好, 色彩自然, 更有利于人眼的观察感知, 对于低照度夜视成像效果提升效果明显.该方法已在硬件平台上实时应用, 可在无需增加硬件资源的基础上, 有效地应用于低照度夜视成像.

彩色夜视技术可以将微光/红外双谱图像融合成一幅适于人眼观察的彩色图像, 而恰当的场景解析方法能够对彩色夜视图像的内容做出自动化分析, 进一步减轻人眼的观测负担。针对彩色夜视场景丰富多变、对算法灵活性要求高的特点, 提出了一种可在线扩展的场景解析方法。该方法基于非参数模型, 预测景物类别时不需要训练过程, 只需要使用数据库中具有语义标记的样本图像, 通过将待解析图像与样本图像进行全局及局部匹配来实现语义标签的传递。而且, 数据库可以根据应用场景的不同随时进行动态扩充。实验结果表明: 该方法在包含城市、乡野等多种场景的夜视图像上, 以及由统计色彩映射、TNO、NRL等多种融合方法得到的、具有不同色彩表征的彩色夜视图像上都具有令人满意的准确率。

为了在低照度条件下获取目标的彩色图像, 提高夜间对目标的识别能力, 提出了基于四波段图像融合的彩色夜视方法.采用F-P滤光片设计出了透射中心在三基色光中心波长及近红外波段的四波段滤光片, 在各个透射区域的平均透射率均达90%以上; 将四波段滤光片设计成圆形滤色轮结构, 用分光计测得了各波段滤光片的光谱透射性; 对加入滤光片后的系统信噪比进行了分析和计算, 分析结果表明加入滤光片不会引入噪声, 计算结果表明加入蓝色、绿色、红色和近红外波段滤光片的成像系统的信噪比分别是原来单色微光夜视系统信噪比的19.59%、38.45%、47.28%和46.70%.借助国产超二代像增强器在微光实验室进行了四波段图像采集及彩色图像融合实验, 实验时光照度分别为1×10－3lx和1×10－1lx, 对获取的图像质量进行了评价.结果表明：在照度为1×10－3lx时, 融合的彩色图像在均值、方差和熵这三项指标上均优于过滤后的蓝色和绿色的单色图像, 且由于彩色图像中利用了近红外图像进行增强, 使得彩色图像亮度更高, 颜色分辨性更好; 在照度为1×10－1lx时, 融合后的彩色图像的信息熵比红、绿、蓝三种基色图像的大, 彩色图像携带的信息量更大.本文的研究对彩色夜视成像系统的设计和研发具有借鉴和指导意义.

针对目前微观夜视仪器产生单色图像的缺陷, 提出了一种单通道三波段的彩色夜视方案。简要介绍了单通道三波段彩色夜视系统的工作原理, 重点论述了该系统的设计方法, 并对滤光片的光谱透过率、色轮的窗口数量、荧光屏与 CCD光电阴极的耦合方式等问题进行了计算和分析。在单通道三波段彩色夜视系统装置研制基础上, 开展了彩色夜视实验, 成功得到色彩较为真实的夜视图像。

本文首先简述了人眼视觉的特点及感知彩色的原理, 进而引出了彩色夜视技术, 并且对彩色夜视技术的发展进行了简要的阐述, 对彩色夜视技术的意义进行了分析, 对现有的彩色夜视技术进行分类, 并对各典型的有代表性的彩色夜视技术及彩色夜视设备进行了详细描述, 分析各类别的优缺点。最后讨论了彩色夜视技术的难点以及未来的发展趋势, 为相关研究人员了解彩色夜视技术提供参考。