针对红外图像增强过程中容易饱和、细节丢失等问题, 提出一种参数自设定的双直方图均衡化方法。根据灰度级累积概率密度黄金比例值将原始图像划分为两个独立的子图像。结合原始图像曝光度和子图像灰度级区间信息, 对每个子图像的直方图进行多尺度自适应加权校正。基于校正后的直方图, 对每个子图像分别作均衡化映射变换, 最后合并子图像获得增强图像。在红外图像公开数据集 INFRARED100上进行的测试显示, 与亮度保持双直方图均衡化(Brightness Preserving Bi-Histogram Equalization, BBHE)、带平台限制的双直方图均衡化(Bi-histogram Equalization with a Plateau Limit, BHEPL)、基于曝光度的双直方图均衡化(Exposure based Sub-image Histogram Equalization, ESIHE)方法相比, 所提方法增强的图像具有合适的平均对比度和更大的平均信息熵, 在峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)、结构相似度(Structural Similarity, SSIM)、绝对平均亮度偏差(Absolute Mean Brightness Error, AMBE)指标上平均提升至少 17.2%、4.0%、56.2%。实验结果表明, 所提方法对不同亮度特征的红外图像都有良好的适应性, 可有效增强红外图像对象和背景之间的对比度, 在噪声抑制、亮度和细节保持等方面优于同类方法。

为了消除非制冷红外焦平面阵列上红外成像结果的非均匀性与成像过程中产生的盲元，提高了图像的对比度以及红外图像的实时处理能力。搭建了基于武汉高德红外公司生产的120×90红外焦平面探测器的电子学实验平台。利用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)的并行处理和流水化处理的能力，在FPGA上实现了非均匀性校正中的两点校正、基于中值滤波的盲元补偿、直方图均衡化以及伪彩色变换。实验结果表明，在200 MHz的输入时钟条件下，这种红外图像实时处理模块处理一帧图像耗时604 s，实时性强。该研究对于非制冷红外焦平面阵列应用优化具有一定的实际意义。

将红外热成像技术与图像处理技术结合，用压差法进行建筑外窗空气渗透检测。通过红外热成像仪对建筑外窗进行红外图片采集，利用图像处理技术对采集的外窗图像进行红外图像处理，针对红外图像中的异常区域对外窗缺陷进行检测，并进行缺陷的面积计算，建立外窗缺陷红外检测模型。根据实验测得的室内外温差、外窗缺陷面积、空气渗透量建立建筑外窗空气渗透量计算模型，将模型与建筑外窗缺陷红外检测模型结合，对外窗缺陷引发的能耗进行定量分析。结果表明：对外窗缺陷进行维护，能够减少外窗耗能，提高外窗节能。外窗每减少 1 cm2的空气渗透面积，每年能够节能 66146 kJ；外窗气密性能等级每提高 1级，单位面积外窗每年能够节能 110012 kJ。

红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料（Fiber reinforced polymer，FRP）以及热障涂层等的无损检测与评价。本文首先简要介绍了红外热成像技术的基本原理和检测系统构成，特别是对光学、超声以及电磁等主要热激励形式的特点和优劣势进行了对比。然后，根据热激励形式的发展历程，详细介绍了光激励红外热成像技术在 FRP复合材料和热障涂层无损检测与评价方面的研究现状与进展，重点关注了 FRP复合材料/热障涂层热成像无损检测中的热难点问题。最后总结并展望了 FRP复合材料/热障涂层红外热成像无损检测技术的未来发展趋势。

针对目前市面上的干眼诊断设备有诸如成本高、体积大和由于使用帧差法导致检测结果准确度不高等一些问题, 本文设计了基于近红外图像诊断干眼的便携式设备。该设备使用基于近红外成像的 Windows计算机进行检测, 便于携带, 可用于检测泪膜破裂时间(tear film break-up time, TBUT)、睑板腺(meibomian gland, MG)与泪河高度(tear meniscus height, TMH)等干眼症状。采用分形盒维数法检测 TBUT, 避免帧差法检测不准确; 通过近红外(850 nm)补光成像技术检测 MG, 采用对比度受限自适应直方图均衡(contrast-limited adaptive histogram equalization, CLAHE)算法处理, 将腺体区域突出, 能够更加准确地检测面积缺失率。为了验证该仪器检测结果准确性, 使用 50组测试样本进行验证性实验, 实验结果与意大利的 CSO Antares(安达斯)仪器和 SBM公司的 ICP OSA等的检测结果进行对比。该设备的 TBUT和 TMH检测的结果与两个对照组结果的相关系数为 P<0.05, 检测的结果一致性较好; MG的检测正确率为 86%, 特异度为 84%。实验结果表明, 该设备可作为干眼症的筛查和诊断设备用于眼科医院和视觉光学中心。

重建人体体表三维温度场能够为包括诊断在内的多项人体医学分析提供可靠数据。由于红外成像具有温度测量精度低、成像分辨率不足以及显示效果较差等缺陷，导致重建的目标三维温度场的可靠性存在不足。针对这些问题，提出一种针对人体体表的三维温度场的融合重建方法。即首先采用黑体测温标定的方法，对红外热像仪的测温结果进行误差修正；其次对红外图像进行对比度增强处理；之后进行超分辨率处理，使红外图像在空间分辨率上匹配三维数据；最后在数据融合阶段，基于不同图像中提取到的靶标特征点对应空间中相同位置的事实，对标定得到的系统结构参数进行误差修正。实验表明，该方法使三维温度场的测温精度达到 0.26℃以下，温度场的三维分布结果得到提升，显示效果也得到了增强。

高分辨率是红外成像技术的发展方向。为了实现高分辨率红外成像系统实时处理, 提出一种基于SOPC技术的解决方案。以软核CPU Micro Blaze为核心构建软硬协同处理架构, 完成非均匀校正、图像降噪、直方图均衡等图像处理, 解决大数据量图像高速处理问题, 满足实时性要求。相比于传统FPGA+DSP的硬件架构, 该方案易于实现低功耗和小型化, 且可靠性高、通用性强。设计的高分辨率红外图像处理系统具有清晰度高、对比度高、图像细节清晰等优点。