红外图像处理中，由于非制冷红外探测器工艺技术上的原因，原始的红外图像包含多种噪声，尤其是椒盐噪声、固定或随机条纹噪声。当前有许多红外图像降噪的滤波算法，但在时间、空间、降噪效果、细节保持等方面各有侧重，难以实现完美结合。如何更快速、更高效、更准确地滤除噪声信息，保留更多的细节信息，是今后红外图像处理降噪研究的关键方向。本文调研了目前主流的红外图像降噪算法，并从传统滤波降噪、变换域滤波降噪、基于图像分层处理滤波降噪三大类别进行了分析比较，并且提出了一种结合传统算法和基于图像分层的自适应降噪算法，为今后的相关领域研究人员提供参考。

针对红外图像噪声复杂多变, 在抑制噪声的同时, 还需要兼顾细节增强的问题, 本文提出了一种基于粗糙集的红外图像多维降噪算法。对采集到的红外图像通过引导滤波进行分层后运用粗糙集理论进一步多维度的分层, 分别处理后合并还原得到输出图像。综合对比主观观察与客观评价指标, 该算法能够对红外图像降噪有良好效果, 对弱小目标细节有良好的增强效果, 另外, 该算法复杂度较低, 具有良好的实时性, 在工程实现方面具有良好的应用前景。

考虑硬件资源与运算速度的需求, 设计了一种基于数字信号处理(DSP)的具有自然彩色效果的红外与可见光图像融合系统。该系统采用软硬件结合的方法进行双通道图像配准, 基于YCbCr空间实现伪彩色融合, 然后利用自然真彩色参考图像对融合结果进行颜色传递。系统采用基于统计特性的颜色查找表技术, 利用参考图像与伪彩色融合图像的统计特性修正颜色查找表, 提高了计算效率。在系统的硬件平台上进行了实验, 结果表明, 系统融合图像接近自然色彩, 在保留可见光图像细节的前提下, 有效地突出了红外图像中的热目标。该系统融合速率达到25 frame/s, 能够实现红外与可见光图像的实时融合与自然彩色化, 有助于观察人员快速地发现目标, 弥补了单一图像传感器的不足。

为了进行3维物体全息图的快速运算, 在迭代傅里叶变换算法基础上, 通过分析透镜的傅里叶变换性质, 采用编码球面相位因子的方法, 将全息图平行光再现等效为点光源再现。将球面相位因子加入到迭代运算中, 获得了具有深度特征的3维物体全息图; 同时利用球面相位因子查表运算法简化了相位因子的计算, 提高了算法的迭代速度,并基于空间光调制器进行了3维物体的再现实验。结果表明, 该算法具有良好的收敛特性, 计算的全息图能够在不同距离的像面实现对应层面的物场再现, 具有3维的视觉效果。

在传统迭代傅里叶变换算法的基础上, 提出了一种计算三维物体相息图的新方法.基于层析法将三维物体的多个分层物面作为衍射再现图像, 在一个输入面(相息图)和多个输出面(再现像)之间进行迭代.通过在傅里叶迭代运算中引入距离相位因子, 表示物体不同物面的深度, 体现了物体的三维特征.实验结果证明了本文算法良好的收敛特性和再现性能.最后, 分析了物面数量和间距对全息再现质量的影响, 利用液晶空间光调制器采用时分复用的方法还原了三维物体的多个物面.