一种红外摄像机夜视矫正方法技术

本发明专利技术公开了一种红外摄像机夜视矫正方法，属于高清视频传感技术领域和视频监控技术领域，特别一种涉及红外摄像夜视自适应矫正技术。该方法通过测量获得一定图像曝光参数下的红外干扰噪声的标准化图像，并将其与夜间正常拍摄时所获得的图像进行标准化处理后进行差分运算，去除所拍摄图像的干扰噪声，反标准化后获得矫正后的高清晰高对比度的景物图像。本发明专利技术能够在不改变现有球罩配件，不增加镀膜成本条件下，通过测量和处理，显著提高夜间红外照明成像效果，使得最终处理后的图像清晰剔透、分辨率高。

【技术实现步骤摘要】
一种红外摄像机夜视矫正方法
本专利技术属于高清视频传感
和视频监控
，特别一种涉及红外摄像夜视矫正技术。
技术介绍
城市公共安全是城市可持续发展的重要保障，视频监控是城市公共安全的重要手段，高清视频摄像机是视频监控领域的重要发展方向。为了实现日夜全天候监控任务，改善夜间视频获取质量，带红外照明的日夜型摄像机得到广泛的普及与应用。日夜全天候监控用视频摄像机由图像传感器、光学镜头、红外照明器件LED和透明球罩组成，结构如图1所示。为了实现防火、防爆、防尘、抗压、美观、易加工、易安装、易使用等目的，透明球罩一般采用半球形状的PC材料。红外摄像机在夜间自然光照明不足时采用红外LED主动照明，即将红外LED光投向场景，场景中物体的反射光经过摄像机镜头投射到图像传感器进行光电转换成图像信号。然而，由于红外照明光学系统的特性，使得夜间图像质量相对白天下降非常明显。实际使用的透明球罩，一般透光率在90％左右。如图2所示，夜间采用主动红外LED照明光拍摄视频图像时，红外LED光透过PC球罩向目标照射，90％左右的光线穿过PC球罩照射到目标场景中，在物体表面反射进入镜头成像。其他约10％的光线被球罩反射、折射或吸收，其中4％左右的光能量在球罩的外壁反射，2％左右的光线沿着PC材料中反射、折射和吸收，4％左右的光能量在球罩的内壁反射到镜头，进入镜头成像，形成背景干扰图像。由于夜视情况下目标景物的反射率也不高，从而导致目标景物反射光进入镜头与干扰光线进入镜头到达传感器的光强可以比拟，两者叠加，目标信号被背景噪声淹没，从而使摄取的图像模糊不清、对比度弱,无法看清实际场景图像随着视频监控需求的不断增加，迫切需要改善夜间监控视频的资料。本专利技术提供一种消除夜间红外干扰噪声的方法能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种消除夜间红外干扰噪声的方法，该方法通过测量获得一定图像曝光参数下的红外干扰噪声的标准化图像，并将其与夜间正常拍摄时所获得的图像进行标准化处理后进行差分运算，去除所拍摄图像的干扰噪声，反标准化后获得矫正后的高清晰高对比度的景物图像。具体地说，本专利技术是采用以下的技术方案来实现的：一种红外摄像机夜视矫正方法，其特征在于，建立红外光照明干扰的测量系统，获得红外照明干扰噪声的图像；在夜间实际拍摄时，用矫正结构系统通过干扰补偿机制来消除红外夜视的照明干扰。目标景物反射光进入镜头的图像为g(x,y)，红外照明干扰光线进入镜头到达传感器形成的噪声图像为n(x,y)，两者叠加后的图像为f(x,y),则有f(x,y)＝g(x,y)+n(x,y)，通过测量获得噪声图像n(x,y)，经过差分补偿运算，获得去除干扰的图像g(x,y)＝f(x,y)-n(x,y)，包括如下步骤：1)摄像机开启并设置为夜间模式，并开启红外LED灯，实时摄取视频图像序列；2)摄像机中的信号处理芯片对视频图像序列进行“时间方向空间低通滤波”处理，滤除测试图案分量，获得干扰背景噪声图像；3)采用“图像标准化处理算法”对噪声图像处理，并将经标准化处理的背景噪声图像记录于摄像机中；4)摄取实际景物图像序列，并采用“图像标准化处理算法”进行处理；5)对经标准化处理的实际场景图像与步骤3记录于摄像机中的背景噪声图像进行差分补偿处理，去除干扰背景图像，获取标准化的实际场景图像；6)对步骤5获取的标准化的实际场景图像采用“图像反标准化处理算法”进行处理，得到去除干扰的实际图像序列。上述技术方案的进一步特征在于，在获取红外照明干扰背景噪声图像时，对步骤2摄取的视频图像序列进行“时间方向空间低通滤波”，其形式如下式所示：其中fl(x，y)是滤波器输出，f(n1，n2)是待滤波的图像数据，由时间方向取像素值构成方阵，滤波函数H是L×L方阵，通常采用3x3的低通滤波算子，所以f(n1，n2)以三帧图像为一处理单元，每一帧取同一行的三个像素、由相邻三行同一位置的像素构成3x3方块进行低通滤波处理，以实现时间方向低通滤波。上述技术方案的进一步特征在于，“图像标准化处理算法”包括以下步骤：1)确定图像直方图，设滤波后图像的灰度等级范围是[0，M-1]，下式给出求第k灰度级的像素个数的函数h(rk)＝nk其中k＝0，1，…，M-1是第k级灰度，nk表示图像中灰度级为rk的像素个数；2)确定直方图中最小像素值为ml，最大值为mh，计算直方图下列百分位点(10％，m1)、(20％，m2)、……，(90％，m9)，其中，mi为百分位对应的像素值；3)设图像感兴趣范围的像素值为sl和sh，将ml和mh之间的mi按间隔比例映射到sl和sh之间并取整，ml和mh映射为sl和sh；4)在各百分位点之间的对每段进行线性转换，完成图像标准化处理。上述技术方案的进一步特征在于，“图像标准化处理算法”包括以下步骤：1)确定图像直方图；2)设直方图中最小像素值为sl，最大值为sh，计算直方图下列百分位点(10％，p1)、(20％，p2)、……，(90％，p9)，其中，pi为百分位对应的像素值；3)设图像实际像素范围设置为gl和gh，将sl和sh之间的pi按间隔比例映射到gl和gh之间并取整，为sl和sh映射为gl和gh；4)在各百分位点之间的对每段进行线性转换，完成图像反标准化处理。上述技术方案的进一步特征在于，摄取测试视频图像序列的获取方法包括提供一种具有特殊图案的测试转盘，在转盘以不低于50转每秒速度转动时获取其视频图像。本专利技术的有益效果如下：为克服红外夜视摄像机中红外照明对图像的干扰，本专利技术通过对红外干扰的实际测量和处理，将其从实际视频摄像中去除，从而可以获得高清晰的红外夜视成像。与现有的红外成像系统比较，能够在不改变现有球罩配件，不增加镀膜成本条件下，通过测量和处理，显著提高夜间红外照明成像效果，使得最终处理后的图像清晰剔透、分辨率高。附图说明图1是红外日夜型摄像机光电结构图。图2是摄像机光学成像与干扰图像形成图。图3是图像直方图与亮度百分位点图表。图4是图像标准化变换示意图。图5是图像反标准化变换示意图。图6是红外干扰图像获取流程图。图7是一种测试图案转盘。图8中斜线覆盖区域为摄像机成像视野。图9是实际图像摄取处理过程流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步地详细说明。视频信号时间方向空间低通滤波方法：在获取红外照明干扰噪声图像时，对摄取的视频在时间方向上进行空间域低通滤波，其形式如下式所示：其中fl(x，y)是滤波器输出，f(n1，n2)是待滤波的图像数据，由时间方向取像素值构成方阵，滤波函数H是L×L方阵，通常采用3x3的低通滤波算子，所以f(n1，n2)以三帧图像为一处理单元，每一帧取同一行的三个像素、由相邻三行同一位置的像素构成3x3方块进行低通滤波处理，以实现时间方向低通滤波。图像直方图：设滤波后图像的灰度等级范围是[0，M-1]，式(2)给出求第k灰度级的像素个数的函数h(rk)＝nk(2)其中k＝0，1，…，M-1是第k级灰度，nk表示图像中灰度级为rk的像素个数。图像标准化处理算法：1.确定图像直方图，如图3所示；2.确定直方图中最小像素值为ml，最大值为mh，计算直方图下列百分位点(10％，m1)、(20％，m2)、……，(90％，m9)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外摄像机夜视矫正方法，其特征在于，所述方法是通过对红外光照明干扰进行测量，获得红外照明干扰的噪声图像，并在夜间实际拍摄视频时，通过干扰补偿来消除红外夜视的照明干扰；目标景物反射光进入镜头的视频图像为g(x，y)，红外照明干扰光线进入镜头到达传感器形成的噪声图像为n(x，y)，两者叠加后的图像为f(x，y)，则有f(x，y)＝g(x，y)+n(x，y)，通过测量获得噪声图像为n(x，y)，经过差分补偿运算，获得去除干扰的视频图像g(x，y)＝f(x，y)‑n(x，y)，包括如下步骤：1)摄像机开启并设置为夜间模式，并开启红外LED灯，实时摄取测试视频图像序列；2)摄像机中的信号处理芯片对视频图像序列进行“时间方向空间低通滤波”处理，滤除测试图案分量，获得干扰背景噪声图像；3)采用“图像标准化处理算法”对噪声图像处理，并将经标准化处理的背景噪声图像记录于摄像机中；4)摄取实际景物图像序列，并采用“图像标准化处理算法”进行处理；5)对经标准化处理的实际场景图像与步骤3记录于摄像机中的背景噪声图像进行差分补偿处理，去除干扰背景图像，获取标准化的实际场景图像；6)对步骤5获取的标准化的实际场景图像采用“图像反标准化处理算法”进行处理，得到去除干扰的实际图像序列。...

【技术特征摘要】
1.一种红外摄像机夜视矫正方法，其特征在于，所述方法是通过对红外光照明干扰进行测量，获得红外照明干扰的噪声图像，并在夜间实际拍摄视频时，通过干扰补偿来消除红外夜视的照明干扰；目标景物反射光进入镜头的视频图像为g(x,y)，红外照明干扰光线进入镜头到达传感器形成的噪声图像为n(x,y)，两者叠加后的图像为f(x,y),则有f(x,y)＝g(x,y)+n(x,y)，通过测量获得噪声图像为n(x,y)，经过差分补偿运算，获得去除干扰的视频图像g(x,y)＝f(x,y)-n(x,y)，包括如下步骤：1)摄像机开启并设置为夜间模式，并开启红外LED灯，实时摄取测试视频图像序列；2)摄像机中的信号处理芯片对视频图像序列进行“时间方向空间低通滤波”处理，滤除测试图案分量，获得干扰背景噪声图像；3)采用“图像标准化处理算法”对噪声图像处理，并将经标准化处理的背景噪声图像记录于摄像机中，所述的图像标准化处理算法包括以下步骤：3-1)确定图像直方图，设滤波后图像的灰度等级范围是[0,M-1]，下式给出求第k灰度级的像素个数的函数：h(rk)＝nk其中k＝0，1，…，M-1是第k级灰度，nk表示图像中灰度级为rk的像素个数；3-2)确定直方图中最小像素值为ml,最大值为mh，计算直方图下列百分位点(10％,m1)、(20％,m2)、……,(90％,m9)，其中，mi为百分位对应的像素值；3-3)设图像感兴趣范围的像素值为sl和sh，将ml和mh之间的mi按间隔比例映射到sl和sh之间并取整，ml和mh映射为sl和sh；3-4)在各百分位点之间的对每段进行线性转换，完成图像标准化处理；4)摄取实际景物图像序列，并采用“图像标准化处理算法”进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴国，穆科明，
申请(专利权)人：南京杰迈视讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32