一種紅外攝像機夜視矯正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紅外攝像機夜視矯正方法，屬于高清視頻傳感【技術(shù)領(lǐng)域】和視頻監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別一種涉及紅外攝像夜視自適應(yīng)矯正技術(shù)。該方法通過測量獲得一定圖像曝光參數(shù)下的紅外干擾噪聲的標(biāo)準(zhǔn)化圖像，并將其與夜間正常拍攝時所獲得的圖像進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進行差分運算，去除所拍攝圖像的干擾噪聲，反標(biāo)準(zhǔn)化后獲得矯正后的高清晰高對比度的景物圖像。本發(fā)明能夠在不改變現(xiàn)有球罩配件，不增加鍍膜成本條件下，通過測量和處理，顯著提高夜間紅外照明成像效果，使得最終處理后的圖像清晰剔透、分辨率高。
【專利說明】一種紅外攝像機夜視矯正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高清視頻傳感【技術(shù)領(lǐng)域】和視頻監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別一種涉及紅外攝像夜視矯正技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]城市公共安全是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障，視頻監(jiān)控是城市公共安全的重要手段，高清視頻攝像機是視頻監(jiān)控領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。為了實現(xiàn)日夜全天候監(jiān)控任務(wù)，改善夜間視頻獲取質(zhì)量，帶紅外照明的日夜型攝像機得到廣泛的普及與應(yīng)用。日夜全天候監(jiān)控用視頻攝像機由圖像傳感器、光學(xué)鏡頭、紅外照明器件LED和透明球罩組成，結(jié)構(gòu)如圖1所
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[0003]為了實現(xiàn)防火、防爆、防塵、抗壓、美觀、易加工、易安裝、易使用等目的，透明球罩一般采用半球形狀的PC材料。紅外攝像機在夜間自然光照明不足時采用紅外LED主動照明，即將紅外LED光投向場景，場景中物體的反射光經(jīng)過攝像機鏡頭投射到圖像傳感器進行光電轉(zhuǎn)換成圖像信號。
[0004]然而，由于紅外照明光學(xué)系統(tǒng)的特性，使得夜間圖像質(zhì)量相對白天下降非常明顯。
[0005]實際使用的透明球罩，一般透光率在90%左右。如圖2所示，夜間采用主動紅外LED照明光拍攝視頻圖像時，紅外LED光透過PC球罩向目標(biāo)照射，90%左右的光線穿過PC球罩照射到目標(biāo)場景中，在物體表面反射進入鏡頭成像。其他約10%的光線被球罩反射、折射或吸收，其中4%左右的光能量在球罩的外壁反射，2 %左右的光線沿著PC材料中反射、折射和吸收，4%左右的光能量在球罩的內(nèi)壁反射到鏡頭，進入鏡頭成像，形成背景干擾圖像。
[0006]由于夜視情況下目標(biāo)景物的反射率也不高，從而導(dǎo)致目標(biāo)景物反射光進入鏡頭與干擾光線進入鏡頭到達傳感器的光強可以比擬，兩者疊加，目標(biāo)信號被背景噪聲淹沒，從而使攝取的圖像模糊不清、對比度弱，無法看清實際場景圖像
[0007]隨著視頻監(jiān)控需求的不斷增加，迫切需要改善夜間監(jiān)控視頻的資料。本發(fā)明提供一種消除夜間紅外干擾噪聲的方法能夠很好地解決上面的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:提供一種消除夜間紅外干擾噪聲的方法，該方法通過測量獲得一定圖像曝光參數(shù)下的紅外干擾噪聲的標(biāo)準(zhǔn)化圖像，并將其與夜間正常拍攝時所獲得的圖像進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進行差分運算，去除所拍攝圖像的干擾噪聲，反標(biāo)準(zhǔn)化后獲得矯正后的高清晰高對比度的景物圖像。
[0009]具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，建立紅外光照明干擾的測量系統(tǒng)，獲得紅外照明干擾噪聲的圖像；在夜間實際拍攝時，用矯正結(jié)構(gòu)系統(tǒng)通過干擾補償機制來消除紅外夜視的照明干擾。目標(biāo)景物反射光進入鏡頭的圖像為g(X，y)，紅外照明干擾光線進入鏡頭到達傳感器形成的噪聲圖像為η (χ, y),兩者疊加后的圖像為f (x, y)，則有f (x, y) = g (x, y) +η (χ, y),通過測量獲得噪聲圖像η (x, y),經(jīng)過差分補償運算,獲得去除干擾的圖像g(x, y) = f (x, y) -η (x, y),包括如下步驟:
[0010]I)攝像機開啟并設(shè)置為夜間模式，并開啟紅外LED燈，實時攝取視頻圖像序列；
[0011]2)攝像機中的信號處理芯片對視頻圖像序列進行“時間方向空間低通濾波”處理，濾除測試圖案分量，獲得干擾背景噪聲圖像；
[0012]3)采用“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”對噪聲圖像處理，并將經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的背景噪聲圖像記錄于攝像機中；
[0013]4)攝取實際景物圖像序列，并采用“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”進行處理；
[0014]5)對經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的實際場景圖像與步驟3記錄于攝像機中的背景噪聲圖像進行差分補償處理，去除干擾背景圖像，獲取標(biāo)準(zhǔn)化的實際場景圖像；
[0015]6)對步驟5獲取的標(biāo)準(zhǔn)化的實際場景圖像采用“圖像反標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”進行處理，得到去除干擾的實際圖像序列。
[0016]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，在獲取紅外照明干擾背景噪聲圖像時，對步驟2攝取的視頻圖像序列進行“時間方向空間低通濾波”，其形式如下式所示:
[0017]隊 V、= Σ Σ ^ni5 ?a)irCx ^ ni + l?f -n2 + I)

?ι η.2
[0018]其中Aky)是濾波器輸出，f Oi1, η2)是待濾波的圖像數(shù)據(jù)，由時間方向取像素值構(gòu)成方陣，濾波函數(shù)H是LXL方陣，通常采用3x3的低通濾波算子，所以f Oi1, η2)以三幀圖像為一處理單元，每一幀取同一行的三個像素、由相鄰三行同一位置的像素構(gòu)成3x3方塊進行低通濾波處理，以實現(xiàn)時間方向低通濾波。
[0019]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”包括以下步驟:
[0020]I)確定圖像直方圖，設(shè)濾波后圖像的灰度等級范圍是[0，Μ-1]，下式給出求第k灰度級的像素個數(shù)的函數(shù)
[0021]h(rk) = nk
[0022]其中k = 0，1，…，M-1是第k級灰度，nk表示圖像中灰度級為rk的像素個數(shù)；
[0023]2)確定直方圖中最小像素值為Iii1,最大值為mh,計算直方圖下列百分位點(10%,In1), (20%, m2),……，(90%，m9)，其中，Hii為百分位對應(yīng)的像素值；
[0024]3)設(shè)圖像感興趣范圍的像素值為&和sh，將叫和叫之間的mi按間隔比例映射到S1和Sh之間并取整，IIi1和mh映射為S1和Sh ；
[0025]4)在各百分位點之間的對每段進行線性轉(zhuǎn)換，完成圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理。
[0026]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”包括以下步驟:
[0027]I)確定圖像直方圖；
[0028]2)設(shè)直方圖中最小像素值為S1，最大值為sh，計算直方圖下列百分位點(10%，P1) > (20%, P2),……，(90%，p9)，其中，Pi為百分位對應(yīng)的像素值；
[0029]3)設(shè)圖像實際像素范圍設(shè)置為gl和gh，將S1和Sh之間的Pi按間隔比例映射到gl和gh之間并取整，為S1和Sh映射為gx和gh ；
[0030]4)在各百分位點之間的對每段進行線性轉(zhuǎn)換，完成圖像反標(biāo)準(zhǔn)化處理。
[0031]上述技術(shù)方案的進一步特征在于，攝取測試視頻圖像序列的獲取方法包括提供一種具有特殊圖案的測試轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤以不低于50轉(zhuǎn)每秒速度轉(zhuǎn)動時獲取其視頻圖像。
[0032]本發(fā)明的有益效果如下:為克服紅外夜視攝像機中紅外照明對圖像的干擾，本發(fā)明通過對紅外干擾的實際測量和處理，將其從實際視頻攝像中去除，從而可以獲得高清晰的紅外夜視成像。與現(xiàn)有的紅外成像系統(tǒng)比較，能夠在不改變現(xiàn)有球罩配件，不增加鍍膜成本條件下，通過測量和處理，顯著提高夜間紅外照明成像效果，使得最終處理后的圖像清晰剔透、分辨率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是紅外日夜型攝像機光電結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖2是攝像機光學(xué)成像與干擾圖像形成圖。
[0035]圖3是圖像直方圖與亮度百分位點圖表。
[0036]圖4是圖像標(biāo)準(zhǔn)化變換示意圖。
[0037]圖5是圖像反標(biāo)準(zhǔn)化變換示意圖。
[0038]圖6是紅外干擾圖像獲取流程圖。
[0039]圖7是一種測試圖案轉(zhuǎn)盤。
[0040]圖8中斜線覆蓋區(qū)域為攝像機成像視野。
[0041]圖9是實際圖像攝取處理過程流程圖。

【具體實施方式】
[0042]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步地詳細說明。
[0043]視頻信號時間方向空間低通濾波方法:
[0044]在獲取紅外照明干擾噪聲圖像時，對攝取的視頻在時間方向上進行空間域低通濾波，其形式如下式所示:
[0045]

【權(quán)利要求】
1.一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，所述方法是通過對紅外光照明干擾進行測量，獲得紅外照明干擾的噪聲圖像，并在夜間實際拍攝視頻時，通過干擾補償來消除紅外夜視的照明干擾；目標(biāo)景物反射光進入鏡頭的視頻圖像為g(X，y)，紅外照明干擾光線進入鏡頭到達傳感器形成的噪聲圖像為η (X，y)，兩者疊加后的圖像為f (X，y)，則有f (x, y)=g(x，y)+n(x, y)，通過測量獲得噪聲圖像為n (x，y)，經(jīng)過差分補償運算，獲得去除干擾的視頻圖像g(x，y) = f (X，y) -η (x, y),包括如下步驟: 1)攝像機開啟并設(shè)置為夜間模式，并開啟紅外LED燈，實時攝取測試視頻圖像序列； 2)攝像機中的信號處理芯片對視頻圖像序列進行“時間方向空間低通濾波”處理，濾除測試圖案分量，獲得干擾背景噪聲圖像； 3)采用“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”對噪聲圖像處理，并將經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的背景噪聲圖像記錄于攝像機中； 4)攝取實際景物圖像序列，并采用“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”進行處理； 5)對經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理的實際場景圖像與步驟3記錄于攝像機中的背景噪聲圖像進行差分補償處理，去除干擾背景圖像，獲取標(biāo)準(zhǔn)化的實際場景圖像； 6)對步驟5獲取的標(biāo)準(zhǔn)化的實際場景圖像采用“圖像反標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”進行處理，得到去除干擾的實際圖像序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，在獲取紅外照明干擾背景噪聲圖像時，對步驟2)攝取的視頻圖像序列進行“時間方向空間低通濾波”，其形式如下式所示:
其中f\(x，y)是濾波器輸出，f(ni，n2)是待濾波的圖像數(shù)據(jù)，由時間方向取像素值構(gòu)成方陣，濾波函數(shù)H是LXL方陣，通常采用3x3的低通濾波算子，所以f (II1, n2)以三幀圖像為一處理單元，每一幀取同一行的三個像素、由相鄰三行同一位置的像素構(gòu)成3x3方塊進行低通濾波處理，以實現(xiàn)時間方向低通濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，“圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”包括以下步驟: 1)確定圖像直方圖，設(shè)濾波后圖像的灰度等級范圍是[0，M-1]，下式給出求第k灰度級的像素個數(shù)的函數(shù)
h (rk) = nk 其中k = O，1，…，M-1是第k級灰度，nk表示圖像中灰度級為rk的像素個數(shù)； 2)確定直方圖中最小像素值為Iii1,最大值為mh,計算直方圖下列百分位點(10%,Iii1)、(20%, m2),……，(90%，m9)，其中，Hii為百分位對應(yīng)的像素值； 3)設(shè)圖像感興趣范圍的像素值為S1和sh，將Hi1和mh之間的mi按間隔比例映射到S1和Sh之間并取整，IIi1和mh映射為S1和Sh ； 4)在各百分位點之間的對每段進行線性轉(zhuǎn)換，完成圖像標(biāo)準(zhǔn)化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，“圖像反標(biāo)準(zhǔn)化處理算法”包括以下步驟: I)確定圖像直方圖； 2)設(shè)直方圖中最小像素值為S1，最大值為sh，計算直方圖下列百分位點(10%，P1)、(20%, P2),……，(90%，p9)，其中，Pi為百分位對應(yīng)的像素值； 3)設(shè)圖像實際像素范圍設(shè)置為gl和gh，將S1和Sh之間的pi按間隔比例映射到gl和gh之間并取整，為S1和Sh映射為gx和gh ； 4)在各百分位點之間的對每段進行線性轉(zhuǎn)換，完成圖像反標(biāo)準(zhǔn)化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外攝像機夜視矯正方法，其特征在于，攝取測試視頻圖像序列的獲取方法包括提供一種具有特殊圖案的測試轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤以不低于50轉(zhuǎn)每秒速度轉(zhuǎn)動時獲取其視頻圖像。
【文檔編號】H04N5/33GK104168404SQ201410359090
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王興國, 穆科明 申請人:南京杰邁視訊科技有限公司