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。

针对雾气环境下实际图像亮度/对比度不佳的情况，提出了整体灰度拉伸和局部对比度增强算法，改善了图像的亮度和对比度。采用基于暗原色先验的图像去雾算法来去除视频监控中常常遇到的雾霾影响。为了消除块效应，将图像分成最小的块，即对每个像素提取暗原色，并采用邻近相似性原则修正暗原色，MATLAB仿真表明，改进后的算法可以很好地去除图像中的雾气。最后，完成了基于达芬奇 DM6467的图像增强算法软件开发，实现了 4路视频的输出、切换和图像增强。增强后的图像，其 SSIM指标可提高 50%以上，该系统可以有效地去除雾气对图像的影响，满足图像去雾增强的需要。

电力设备 SF6泄漏气体红外图像容易淹没在背景中，肉眼难以辨识低对比度图像中泄漏气体情况，给电力设备检修带来了困扰。提出了基于三直方图均衡的 SF6红外图像对比度增强方法。首先，利用三样条插值拟合图像直方图得到二阶连续曲线，计算每个灰度级对应的一阶导数绝对值。其次，根据一阶导数绝对值和直方图分布划分直方图为两个波峰和一个相对平坦的波谷区域；最后，根据波峰和波谷将直方图分为 3个子图，对 3个子图分别进行直方图均衡后合并为增强图像。为了验证算法有效性，对现场拍摄的电力设备 SF6泄漏低对比度红外视频流进行增强，并与 CLAHE和双直方图均衡算法进行对比。实验结果表明：本文方法在提升图像的整体对比度同时增强了泄漏气体与周围图像的对比度，提升泄漏气体红外图像视觉效果，相比于 CLAHE和双直方图均衡方法，本文获得的峰值信噪比和均方根对比度值更高，增强后的图像质量更好。

温度响应型纳米材料作为造影剂的巨大潜力推动了近年来光声成像领域的研究和发展，然而，目前报道的温度响应型纳米探针的响应温度超过了人体可以容忍的范围，同时可逆性低，这两个问题是其实际应用的严重障碍，影响了其有效成像和长期监测的效果。鉴于此，笔者设计了一种聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）包裹金纳米棒（AuNR）的温度响应型相变纳米探针AuNR@PNIPAM，其可在生理温度附近表现出增强且可切换的近红外二区光吸收，实现对肿瘤的高对比度成像。当AuNR@PNIPAM微凝胶热靶向到肿瘤组织后，金纳米棒核吸收近红外光能量触发PNIPAM壳相变。当温度高于PNIPAM的体积相变温度时，PNIPAM水凝胶经历溶胀到坍缩的体积相变，使金纳米棒周围的折射率变大，诱导微凝胶的局域表面等离子体共振峰发生红移并使其吸收峰强度增大。体内外实验均证明，利用所制备的AuNR@PNIPAM微凝胶，在外部近红外光刺激下动态调制温度场，可以获得对比度增强的光声图像。本工作可为开发温度响应型智能光声纳米探针从而增强成像对比度提供一定的参考。

由于探测器原理性的缺陷，红外热像仪所获图像的对比度低、细节不明显。对比度受限的自适应直方图均衡化方法(Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization, CLAHE)能够增强红外图像的对比度，但是其受限参数无法适应不同的场景，且需要手动调整。作为一种智能种群优化算法，布谷鸟搜索算法具备强大的寻优能力。基于该算法，使CLAHE方法在不同场景下获取最优参数，进而实现红外图像对比度的场景自适应增强。实验分析表明，这种改进的算法具有可行性和适应性。

由于受到光电测量设备硬件及环境的影响, 采集到的红外图像普遍存在对比度低、噪声大等缺陷。为此, 提出了一种基于非均匀有序直方图和锐化的红外图像增强算法。考虑到高动态范围红外图像的特性, 该方法分为两部分:首先, 通过引入在有序直方图域中以恒定斜率增加的非均匀分布来增强图像对比度,并将非均匀分布直方图与输入图像的排序直方图合并于有序直方图域的优化问题, 以计算修正后的直方图。其次, 为了更有效处理红外图像的模糊效应, 提出一种用于高频补偿滤波的相对边缘强度指标, 以有效地抑制相对均匀区域中的噪声。实验测试结果表明, 与传统算法和其他类似算法相比, 使用所提出的方法增强后的图像细节丰富, 具有更好的视觉效果和更高的实际应用价值。

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现, 这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像, 从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强, 最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明, 将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度, 且成像处理过程实时快速, 进一步提高了水下目标的探测效率。

为了更好地实现图像的对比度增强,提出了一种基于图像检索的对比度增强模型。利用图像检索技术检索到与待增强图像内容相似的高质量图像作为参考图像指导图像增强。通过结合上下文相关、上下文不相关,以及亮度调整等增强方法,利用待增强图像及检索到的参考图像之间的美学特征、图像熵来指导求解多准则优化问题,并通过质量约束得到最终的增强图像。其中:上下文相关增强方法利用滤波器进行非锐化掩模,实现边缘增强;上下文不相关增强方法基于Sigmod函数进行映射变换,以符合人眼视觉感受;亮度调整增强方法先将图像进行自适应亮度均衡处理,然后进行对比度限制的自适应直方图均衡变换。实验结果表明,所提模型可以有效调整图像的对比度,与其他方法相比效果更好。

传统的图像对比度增强技术容易造成图像的局部区域过分增强或增强不足等问题,因此提出了一种结合不可分小波分析和曲线拟合的图像对比度增强方法。该方法以标准清晰图像的均值和标准差作为图像对比度增强的理想目标,首先对同一目标的标准清晰图像和低对比度图像进行四通道不可分小波分解,然后利用曲线拟合的预测能力得出分解后具有相同频率通道和相同方向子图像的均值之间及标准差之间的函数关系,通过该函数关系和直方图匹配公式即可得到理想的增强后的子图像,最后将这些新的子图像进行不可分小波重构,并采用清晰度、标准差指标对图像对比度增强结果进行评价。实验结果表明,所提方法所得低对比度图像的增强效果较好,且得到了高清晰度图像。