一种基于短波红外探测器的图像处理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及短波红外相机设计技术领域，尤其涉及一种基于短波红外探测器的图像处理系统及方法，其系统包括供电模块、短波红外探测器、单片FPGA和AD采样芯片；所述AD采样芯片的输入端与短波红外探测器的输出端连接，所述图像接收模块的输入端与AD采样芯片的输出端连接，所述图像接收模块的输出端与图像处理模块的输入端和曝光控制模块的输入端连接，所述图像处理模块的输出端和曝光控制模块的输出端均与图像发送模块的输入端连接。本发明专利技术一种基于短波红外探测器的图像处理系统采用模块化的设计思想对功能性的模块进行划分，以单片FPGA为核心，搭配不同的探测器和图像发送模块，可实现不同的红外探测器成像和不同的视频输出接口，具有较好的通用性。具有较好的通用性。具有较好的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于短波红外探测器的图像处理系统及方法


[0001]本专利技术涉及短波红外相机设计
，具体为一种基于短波红外探测器的图像处理系统及方法。

技术介绍

[0002]随着国内短波红外成像技术的不断发展，短波红外成像工业相机在工业、军事、医学、安防、遥感、航天、海洋等各领域的应用越来越重要和多样化。短波红外探测器的成像原理与可见光探测器类似，感光元件通过感知探测物体表面反射的短波红外光线，进行光电转换后成像。
[0003]相较于可见光相机，红外相机成像的细节更为丰富，具有很好的透雾效果，使用于光照条件变化更复杂的环境。所以对于短波红外探测器的成像和图像处理系统的实现设计对满足短波红外相机多样化的场景应用有着重要的意义。
[0004]国内对于短波红外成像的研究起步较晚，现有的短波红外成像相机品类较少，且成像质量参差不齐，没有一个能满足多功能、成像优、适应性好的可定制化方案，针对这一现象，本文的主要工作是基于短波红外探测器实现短波红外成像技术在光电成像系统上的应用，完成整个短波红外成像系统的设计和研制，进而实现相机的设计。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于短波红外探测器的图像处理系统及方法，该系统具有设计难度小，通用性强，可定制化程度高，成像质量等特点。短波红外相机电子学系统的具体功能是将成像于传感器表面的光学影像转变为电信号，将模拟电信号采集后装换为数字信号，并对该数字信号进行接收，完成图像处理功能。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于短波红外探测器的图像处理系统，包括供电模块、短波红外探测器、单片FPGA和AD采样芯片；
[0008]所述供电模块用于为短波红外探测器、AD采样芯片和单片FPGA提供电能；
[0009]所述短波红外探测器，用于实现外界图像数据的接收，将外界图像数据的光信号以模拟电信号的形式进行传递；
[0010]所述AD采样芯片的输入端与短波红外探测器的输出端连接，所述AD采样芯片的输出端与单片FPGA的输入端连接；
[0011]所述单片FPGA包括探测器时序控制模块、曝光控制模块、图像接收模块、图像处理模块和图像发送模块，所述探测器时序模块的输出端与短波红外探测器的输入端连接；
[0012]所述图像接收模块的输入端与AD采样芯片的输出端连接，所述图像接收模块的输出端与图像处理模块的输入端和曝光控制模块的输入端连接，所述图像处理模块的输出端和曝光控制模块的输出端均与图像发送模块的输入端连接。
[0013]优选的，所述曝光控制模块包括灰度统计模块和曝光时间调整模块。
[0014]优选的，所述图像发送模块包括PAL输出接口和CAMERALINK输出接口。
[0015]一种基于短波红外探测器的图像处理方法，采用基于短波红外探测器的图像处理系统，包括以下步骤：
[0016]1)供电后，探测器时序控制模块控制短波红外探测器上电时序，实现短波红外探测器加电；
[0017]2)短波红外探测器加电后，配置短波红外探测器和AD采样芯片的工作模式，此时短波红外探测器接收外界图像数据，并输出外界图像数据给AD采样芯片；AD采样芯片将接收的外界图像数据转化传递给图像接收模块；
[0018]3)图像接收模块接收AD采样芯片转化的图像数据，并进行解串、位对齐、字对齐，获得预处理的图像数据；
[0019]4)预处理的图像数据进行接口转换，转为dvp接口，获得dvp接口图像数据，并将dvp接口图像数据分为两路，分别传递至图像处理模块和曝光控制模块；
[0020]图像处理模块对分配到的dvp接口图像数据进行常规图像处理，获得常规处理图像；
[0021]曝光控制模块对分配到的dvp接口图像数据进行曝光时间的调整，并将调整后的图像数据反馈给短波红外探测器，由短波外红探测器和AD采样器输出经过调整的图像数据，获得曝光处理图像；
[0022]5)常规处理图像和曝光处理图像利用图像发送模块进行输出。
[0023]优选的，在步骤4)中，所述常规图像处理包括高动态范围图像处理和图像滤波处理。
[0024]优选的，所述高动态范围图像处理的步骤为：首先对dvp接口图像数据在像素邻域内，将整幅图像的灰度数据分为多个灰度等级，然后对中间灰度集中的区域进行非线性拉伸。
[0025]优选的，所述图像滤波处理的步骤为：对dvp接口图像数据的特征轮廓部分采取双边滤波算法，中心部分采取中值滤波算法。
[0026]优选的，在步骤4)中，所述曝光时间与增益值的计算步骤为：首先曝光控制模块接收dvp接口图像数据，对dvp接口图像数据的特征区域进行灰度统计，将统计灰度值与目标灰度值进行比较，并对统计灰度值进行调整，直至图像数据的统计灰度值等于目标灰度值，获得曝光处理图像。
[0027]优选的，调整时，如果统计灰度值大于目标灰度值时，增大曝光时间；如果统计灰度值小于目标灰度值时，减小曝光时间。
[0028]优选的，曝光时间的计算表达式为：
[0029][0030]式中：B—景物的最小亮度；
[0031]k—光圈系数；
[0032]Ka—物镜透过率；
[0033]H—短波红外相机本身的曝光量。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]本专利技术一种基于短波红外探测器的图像处理系统采用模块化的设计思想对功能性的模块进行划分，以单片FPGA为核心，搭配不同的探测器和图像发送模块，可实现不同的红外探测器成像和不同的视频输出，具有较好的通用性。
[0036]AD采样芯片用于接收短波红外探测器以模拟电信号形式传递的图像数据，并将转换为数字信号的图像数据。
[0037]本专利技术在保证图像质量的基础上，最大程度的发挥探测器的性能，实现满画幅640x512帧频300帧，通过控制器可任意设置帧频和画幅大小，适用不同场景。
[0038]本专利技术中通过设置图像处理模块和自动曝光控制模块可以实现对图像数据的自动曝光与增益、图像增强、降噪滤波等处理，实现图像的高度处理。
[0039]本专利技术一种基于短波红外探测器的图像处理方法中利用双边滤波算法和中值滤波算法相结合的方式对图像视频信号进行图像滤波处理，对目标特征轮廓部分采取双边滤波，对目标中心部分采取中值滤波，这两种方式都是基于空间域的算法处理，可以满足图像视频信号传输的同时达到降噪滤波处理，并且使用两者相结合的方式达到最佳的成像效果。
[0040]进行接口转换的原因是后级的图像处理模块的接收接口是dvp接口，为了与后级对接，因此需要进行接口转换。
[0041]本专利技术中自动曝光控制模块中对图像灰度进行求均值，当灰度均值与设置的目标灰度值一致时，达到调节目的，当外部环境亮度变化，导致灰度均值与设置的目标灰度值不一致时，通过判断后调整曝光时间和增益参数，从而让灰度均值向趋于目标灰度值靠近，最终调节至与目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于短波红外探测器的图像处理系统，其特征在于，包括供电模块、短波红外探测器、单片FPGA和AD采样芯片；所述供电模块用于为短波红外探测器、AD采样芯片和单片FPGA提供电能；所述短波红外探测器，用于实现外界图像数据的接收，将外界图像数据的光信号以模拟电信号的形式进行传递；所述AD采样芯片的输入端与短波红外探测器的输出端连接，所述AD采样芯片的输出端与单片FPGA的输入端连接；所述单片FPGA包括探测器时序控制模块、曝光控制模块、图像接收模块、图像处理模块和图像发送模块，所述探测器时序模块的输出端与短波红外探测器的输入端连接；所述图像接收模块的输入端与AD采样芯片的输出端连接，所述图像接收模块的输出端与图像处理模块的输入端和曝光控制模块的输入端连接，所述图像处理模块的输出端和曝光控制模块的输出端均与图像发送模块的输入端连接。2.根据权利要求1所述的基于短波红外探测器的图像处理系统，其特征在于，所述曝光控制模块包括灰度统计模块和曝光时间调整模块。3.根据权利要求1所述的基于短波红外探测器的图像处理系统，其特征在于，所述图像发送模块包括PAL输出接口和CAMERALINK输出接口。4.一种基于短波红外探测器的图像处理方法，采用如权利要求1～3所述的基于短波红外探测器的图像处理系统，其特征在于，包括以下步骤：1)供电后，探测器时序控制模块控制短波红外探测器上电时序，实现短波红外探测器加电；2)短波红外探测器加电后，配置短波红外探测器和AD采样芯片的工作模式，此时短波红外探测器接收外界图像数据，并输出外界图像数据给AD采样芯片；AD采样芯片将接收的外界图像数据转化传递给图像接收模块；3)图像接收模块接收AD采样芯片转化的图像数据，并进行解串、位对齐、字对齐，获得预处理的图像数据；4)预处理的图像数据进行接口转换，转为dvp接口，获得dvp接口图像数据，并将dvp接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晓峰，李儒周，张海波，苗竟，闫乐，田航，严墨涵，
申请(专利权)人：西安瑞峰光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：