(高清版)GBT 44006-2024 红外图像温度表示规则 RGB法

红外图像温度表示规则RGB法2024-04-25发布国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I 2规范性引用文件 l3术语和定义 14原理方法 24.1显示原理 24.2显示流程 34.3伪彩色编码模式 35数据处理 65.1温度场转换为灰度图像 65.2灰度图直方图均衡处理 65.3灰度图转换为伪彩色图 8附录A(资料性)红外温度场伪彩色图像显示流程图 附录B(规范性)颜色查找表 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。本文件由全国光电测量标准化技术委员会(SAC/TC487)归口。本文件起草单位：中国科学院上海技术物理研究所、北京理工大学、东莞中科云计算研究院、武汉高德智感科技有限公司、中科和光(天津)应用激光技术研究所有限公司、浙江大立科技股份有限公司、烟台艾睿光电科技有限公司、国家红外及工业电热产品质量监督检验中心、中国科学院空天信息创新研究院、武汉高德红外股份有限公司。1红外图像温度表示规则RGB法本文件描述了根据热红外图像及红外辐射特性计算而获得的温度场通过图像处理技术转换为可见光伪彩色图像的原理及方法，包括温度场图像转换为灰度图像算法、灰度图像增强处理算法以及定义灰度值所对应伪彩色RGB值的颜色查找表。本文件适用于红外热像仪在生物体检测、安防、工业测温和农业等领域，获得热红外图像并转换为温度场图像后，由温度场图像映射到灰度图像并转换显示为RGB色彩表示的伪彩色图像的过程。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。波长大于可见光波长小于无线电波波长的电磁辐射。注1:红外辐射在真空中波长范围为750nm～1mm。注2:温度高于绝对零度(一273.15℃)的任何物体均会发出红外辐射，其辐射能量大小由物体的表面温度及表面辐射特性决定。[来源：GB/T12604.9—2021,3.17,红外热像仪infraredthermalimager将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备。注1:红外热像仪具有测温功能，能定量绘制出物体表面温度分布并将灰度图像进行伪彩色编码。注2:红外热像仪组成包括红外光学系统、红外探测器及电子处理系统。[来源：GB/T19870—2018,3.1,有修改]热红外图像thermalinfraredimage通过红外探测器收集、记录被测物体辐射出来的热红外辐射信息所生成的图像。注：本文件中简称红外图像。在需要强调红外图像为热红外图像时，不使用简称。温度场图像thermalfieldimage利用红外图像及被测物体辐射特性反演出被测物体温度分布的图像。测温范围measuringrange红外热像仪的有效温度测量范围。2RGB色彩RGBcolor通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的强度变化叠加生成各种颜色的一种颜色表示规则。注1:RGB显示的颜色依赖于设备，红外热像仪一般支持IEC61966-2-1颜色空间标准，即sRGB(standardRedGreenBlue)。注2:通常用(R,G,B)方式表示颜色，R、G、B的取值范围从0至255。对被测物体原始图像进行处理以改善图像视觉效果的工作。注：包括灰度变换、伪彩色变换、直方图均衡以及滤波等图像处理方法。根据设定参数及转换公式，将温度场图像的每个像素温度值转换为一个介于0至最大灰度值之间的数值所形成的图像。伪彩色图像pseudo-colorimage将灰度图像中每个像素点的灰度值用RGB色彩替代所形成的彩色图像。注：通常用暖色调表示高温，冷色调表示低温。利用图像直方图对灰度图像对比度进行优化的方法。颜色查找表colorlook-uptable定义红外图像灰度值与伪彩色颜色映射关系的表格。4原理方法4.1显示原理被测物体红外辐射经红外热像仪红外光学镜头、红外探测器、模拟量到数字量(A/D)转换获得其红外图像，结合被测物体红外辐射的特性，红外图像经信号处理反演生成温度场图像，温度场图像转换为灰度图像后映射至伪彩色图像并在显示屏上输出(见图1)。由于红外图像与显示屏像素数量存在差异，因而在图像输出时的图像缩放算法可能会导致显示屏部分像素的显示颜色超出本文件定义的伪彩色颜色选取范围，但对于连续变化的温度场图像在视觉上影响较小。3被测被测物体红外辐射红外光学红外成像系统镜头红外探测器A.D转换信号处理显示屏图1红外测温热像仪工作原理4.2显示流程红外温度场伪彩色图像显示流程(见附录A)包括以下两个主要步骤。a)根据应用场景设定合理的显示温度范围、伪彩色编码模式及伪彩色颜色数量，将温度场图像转换为灰度图像。根据灰度图像的直方图分布选择是否进行直方图均衡增强图像的对比度。b)根据所选择伪彩色编码模式及伪彩色颜色数量确定对应的颜色查找表，利用颜色查找表将灰度图像映射为采用RGB色彩表示的伪彩色图像并显示在红外热像仪显示屏上。4.3伪彩色编码模式4.3.1伪彩色编码模式类别根据应用场景不同共有四种编码模式，分别为彩虹伪彩色编码模式、正弦伪彩色编码模式、热金属伪彩色编码模式以及密度分层伪彩色编码模式。红外热像仪产品支持以上四种编码模式时，应予以注明。各伪彩色编码模式特点及适用场景见表1。表1伪彩色编码模式特点及适用场景伪彩色编码模式特点适用场景彩虹伪彩色编码模式颜色间明度差较小，色相丰富适用于大部分红外成像场景，适合彩色显示及打印，不适合进行黑白打印正弦伪彩色编码模式颜色路径结点较多，色标明度呈起伏变化，可结合色差及明度确定图像等温线轮廓适用于显示温度范围较窄，对温度分辨力要求较高的彩色显示，例如医学红外图像显示热金属伪彩色编码模式颜色间明度差较大，彩度差较小，与色温的变化规律相似适用于图像中有部分高温物体，例如电力系统红外图像的显示，可用于彩色显示及打印，也适合进行黑白打印，效果与灰度图像类似密度分层伪彩色编码模式背景采用灰度显示，有利于抑制背景突出目标适用于设定温度阈值的图像显示及打印，也适用于特殊温度物体区别于背景时的显示，例如生物体或气体探测44.3.2彩虹伪彩色编码模式彩虹伪彩色编码模式采用(255,0,255)、(0,0,255)、(0,255,255)、(0,255,0)、(255,255,0)、(255,0,0)的颜色路径，并依据设定的伪彩色颜色数量和等色差间距的原则选取颜色编码。根据显示需求不同，本模式下可选择256色、128色、64色、32色及16色共5档伪彩色颜色数量。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由附录B规定。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图2)。图2彩虹伪彩色编码模式色标4.3.3正弦伪彩色编码模式正弦伪彩色编码模式采用(0,0,0)、(128,128,128)、(0,0,128)、(0,0,255)、(0,128,128)、(0,255,255)、(0,128,0)、(0,255,0)(255,0,0)、(212,0,212)、(255,255,255)的颜色路径，颜色路径通过R、G、B间比例变化形成颜色的变化及明度的波动。根据显示需求不同，本模式下可选择256色、128色、64色、32色及16色共5档伪彩色颜色数量。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由附录B规定。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图3)。5图3正弦伪彩色编码模式色标4.3.4热金属伪彩色编码模式热金属伪彩色编码模式采用(0,0,0)、(255,0,0)、(255,255,0)、(255,255,255)的颜色路径，并根据设定的伪彩色颜色数量和等明度间距的原则选取颜色编码。根据显示需求不同，本模式下可选择256色、128色、64色、32色及16色共5档伪彩色颜色数量。本伪彩色显示模式下各颜色数量对应的颜色查找表由见附录B规定。将颜色查找表中定义的颜色按索引值排列形成相应色标(见图4)。图4热金属伪彩色编码模式色标4.3.5密度分层伪彩色编码模式密度分层伪彩色编码模式下可设置最低温度阈值THmn及最高温度阈值THmx。THmin及THmx应在红外热像仪测温范围内，其灰度图像的灰阶数设定为256,根据温度阈值设置分为以下几种模式。6GB/T44006—2024a)高温显示模式。当仅设置最高温度阈值THm时，灰度值S大于或等于THmx对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(255,0,0),其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S,b)低温显示模式。当仅设置最低温度阈值THmi时，灰度值S小于或等于THmin对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(0,0,255),其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S,c)区间显示模式。当同时设置THmin及THmx时，灰度值S大于THmx对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S,S,S),灰度值S小于THmin对应灰度值的像素在伪彩色图像中显示的颜色为(S,S,S),其余像素在伪彩色图像中显示的颜色为(0,255,0)。可选择对灰度图像部分进行淡化处理，淡化后伪彩色图像中灰度像素显示的颜色为(S',S',S'),s'的计算方法见公式(1)。S'=[S/2+128]……(1)式中：S'—-淡化后灰度像素点的灰度值；[]——取括号中数值的整数部分；S——淡化前灰度像素点的灰度值。淡化处理的图像部分其明度为R、G、B值的总和，即S'值的3倍，最低明度为128×3,即384。远高于(255,0,0)、(0,255,0)及(0,0,255)的单色明度，可突出分层显示部分，适合进行黑白打印。5数据处理5.1温度场转换为灰度图像设显示温度范围的最低温度为Tmin,最高温度为Tmx,Tmin及Tmax应在红外热像仪测温范围内，伪彩色颜色数量为N,灰度图像的灰度值按照公式(2)由像素点的温度T计算得出。式中：S——灰度图像像素点的灰度值；T——温度场图像像素点的温度，单位为摄氏度(℃);Tmin——温度范围的最低温度，单位为摄氏度(℃);N——灰度图像的灰阶数，对于密度分层伪彩色编码模式，由于转换的灰度图灰阶数设定为256,因而该值设定为256,对于其他伪彩色编码模式，该值与设定的伪彩色数量相等；Tmx——温度范围的最高温度，单位为摄氏度(℃);[]——取括号中数值的整数部分。计算过程中各参数应采用单精度浮点数或双精度浮点数，在所有计算完成后对结果进行取整。5.2灰度图直方图均衡处理直方图均衡作为一种图像增强的算法，用于灰度图像进行伪彩色映射前优化图像的灰度分布，避免出现图像灰度值过于集中，以提升图像显示效果。直方图均衡作为可选项在需要时进行，直方图均衡会7GB/T44006—2024导致灰度图像信息的不可逆损失，因而在使用其进行显示优化时应保留温度场图像或灰度图像的原始信息，根据直方图均衡的原理，确定直方图均衡算法流程图(见图5),直方图均衡处理后，像素灰度值与温度值的映射关系发生变化，需根据直方图均衡时的映射函数对色标中温度与颜色的映射关系进行调整。开始开始价入统计各灰度值像素个数，获得归一化灰度直方图根据映对关系形成新的灰度图像结束计算累计直方图计算以射关系图5直方图均衡算法流程图直方图均衡算法的计算公式如下。a)根据公式(3)计算归一化灰度直方图。式中：p(l;)——灰度值为l;的像素出现的概率；l;——第i个灰度值，0<i≤灰度图像所包含的灰阶数；n;——灰度值为l;的像素个数；T——图像的总像素数。b)根据公式(4)计算累计直方图。式中：t₄——灰度值小于或等于第k个灰度值的像素出现的概率；p(l;)——灰度值为l;的像素出现的概率。……………8c)根据公式(5)定义映射关系，并据此生成新的灰度图像。l'=[(N-1)×t₄+0.5] (5)式中：l'₄——原灰度图像第k个灰度值映射的新灰度值；N——伪彩色颜色数量；t.——原灰度图像灰度值小于或等于原灰度图像第k个灰度值的像素出现的概率。5.3灰度图转换为伪彩色图根据编码模式及伪彩色颜色数量设置生成伪彩色图像，具体转换方法见表2。伪彩色图像在显示时，宜具备色标显示功能，色标应标注最大、最小及中间节点的温度值。表2灰度图转换为伪彩色图转换方法编码模式伪彩色颜色数量转换方法彩虹伪彩色编码模式以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.1的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.2的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.3的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.4的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.5的规定正弦伪彩色编码模式以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.6的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.7的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.8的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.9的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.10的规定9编码模式伪彩色颜色数量转换方法热金属伪彩色编码模式以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.11的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.12的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.13的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.14的规定以灰度图像某像素的灰度值作为索引值，伪彩色图该像素的显示颜色应符合附录B的规定，索引值与显示颜色的映射关系应符合表B.15的规定密度分层伪彩色编码模式以灰度图项为输入，根据4.3.5定义的方法，将灰度图转换为伪彩色图(资料性)红外温度场伪彩色图像显示流程图红外温度场伪彩色图像显示流程见图A.1。开始x温度场图像参数设定：显示温度范围、伪彩色编码模式、伪彩色颜色数量灰度图像否直方图均衡选项是编码模式及伪彩色颜色数量判断彩虹伪彩色编码模式正核伪彩色编码模式热金属伪彩色编码模式密度分层伪彩色编码模式根据颜色查找表B.l根据颜色查找表B.6根据颜色查找表B.11根据温度阈值及其至B.5规定转换为伪至3.10规定转换为他设定参数生成伪彩色图像并显示伪彩色图像并显示彩色图像并显示彩色图像并显示结束图A.1红外温度场伪彩色图像显示流程图(规范性)颜色查找表各编码模式及伪彩色颜色数量对应的颜色查找表见表B.1至表B.15。表B.1256色彩虹伪彩色编码颜色查找表索引值RGB索引值RGB00010020030040050060070080090000000000000000000000000000000000表B.1256色彩虹伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000表B.1256色彩虹伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB0000000000000000000索引值RGB索引值RGB00010020 0300400500600700800900000000000000000000表B.2128色彩虹伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB00010020030040050060070080090000000000表B.364色彩虹伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB0000000000000000000000000000000000000表B.432色彩虹伪彩色编码颜色查找表索引值RGB索引值RGB000100200300400500600700800900索引值RGB索引值RGB0000000000000索引值RGB索引值RGB008010902003004005006007000索引值RGB索引值RGB0000100200300400500600700800900表B.6256色正弦伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB0000000000000000000000000000000000000000600000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB0000000000000600000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000表B.6256色正弦伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB0000000000000000000000000060000000000000000索引值RGB索引值RGB00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000表B.7128色正弦伪彩色编码颜色查找表索引值RGB索引值RGB00003142500表B.7128色正弦伪彩色编码颜色查找表(续)索引值RGB索引值RGB6000700080009000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB0000000000000000000000000000000000000000000000000000000表B.864色正弦伪彩色编码颜色查找表索引值RGB索引值RGB000001020300040005000600070008000900000000000000000000000000000000000000000000000000索引值RGB索引值RGB000010200030004000506007008009000000000000000000索引值RGB索引值RGB00008019