专利名称：一种被动式红外夜视摄像仪和自适应多帧累积方法
技术领域：
本发明涉及夜视摄像技术领域，特别是涉及一种被动式红外夜视摄像仪。
背景技术：
目前，国内夜视摄像机技术的研究和应用已有了较大发展，主要发展方向大概可以划分为热红外成像技术、微光夜视技术和黑光夜视摄像技术三大类型。其中，红外夜视摄像机因为能够同时满足白天和黑夜环境下拍摄画面的要求被大量广泛应用于视频监控中。红外线是指波长为0.76-1000微米的电磁波，位于可见光光谱红色以外，是不可见光线，又称红外辐射。其中波长为0.76-2.0微米的部分称为近红外，波长为2.0 1000微米的部分称为热红外线。自然界中，所有高于绝对零度(-273.15°C )的物质都可以产生红外线。因此利用红外夜视探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。红外摄像技术分为被动式红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动式红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(_273°C)以上都发射红外光的原理，人体和热机发出的红外光较强，其它物体发出的红外光相对微弱，利用特殊的热红外夜视仪可以实现夜间监控。但这种特殊的热红外夜视仪造价昂贵，而且不能直观、清晰地反映周围环境状况，因此在通常的夜视系统中较少被采用。主动红外摄像技术，即利用红外灯来产生红外辐射，发出人眼看不见的红外光去照射景物和环境，一般应用黑白摄像机去感受周围景物反射回来的红外光，从而实现夜视功能。但是，目标的热图像和目标的可见光图像不同，红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。微光夜视技术主要是将目标反射的微弱光线，经物镜会聚后在像增强器的阴极面上成像，逐级放大并将红外光转变为可见光，在最后一级的荧光屏上形成有足够亮度和清晰度的图像，供使用者观察。微光夜视仪的主要部件是像增强器，其工作原理与变像管相似，也是一种光-电-光转换过程。两者的区别是:变像管对红外光进行转换，像增强器则侧重对微弱的可见光增强，以便于人眼观察。微光夜视仪最大优点在于不需配带光源，而是利用目标反射的自然微光作被动式工作，故自身隐蔽性好，且成像效果好。但是，微光夜视仪看到是的黑白图象，且不可以在白天用。黑光夜视技术采用克服了红外光暴问题的黑光发射组件，利用感红外的摄像机配合黑光发射组件来进行图像拍摄。所谓红外光暴现象是指红外发光管，在工作时，发出大量的红外光，同时也可以看到红光，给人以发出可见红光的感觉，暴露了红外发光管的隐蔽性的现象。黑光夜视技术在图像画质和隐蔽性方面都有很大提高，但是其拍摄距离不够远，无法克服水面对红外光的吸收等环境干扰。民用夜视技术起步不久，采用的夜视技术主要是热红外成像技术、微光夜视技术和黑光夜视摄像技术，由于在室外的工业监控环境下夜视摄像作用距离相对要求较高，而且需要非常清晰的图像分辨率，热红外成像、微光夜视技术不能满足该监控环境下的要求，而且价格昂贵，因此市场占有率很小。黑光夜视摄像技术虽然相对前两种技术在拍摄图像清晰度方面有所提高，但是摄像距离仍然达不到特定工业环境下的要求，且无法克服水面吸收等环境干扰。许多重要领域都需要安装监视监控系统，而当监控者夜晚进入监控范围，必须启动现场灯光才能看清目标，而突然间灯光出现，必然吓跑入侵者，往往是捕获图像不清或根本看不到入侵者，并且容易暴露目标。利用红外灯辅助虽然也能看到目标，但都不能克服红外光的红外光暴问题，不能隐蔽观察，容易暴露目标。所以，大部分监视监控系统白天不太需要时正常工作，夜晚由于看不见目标，摄像机失去应有的作用，给侦破案件造成困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种被动式红外夜视摄像仪和自适应多帧累积方法，能够克服现有技术的夜视摄像仪达不到特定工业要求，不能在黑暗室外的工业监控环境下清楚捕获目标的缺点。本发明的一种被动式红外夜视摄像仪，包括外罩、安装板、镜头、CXD成像组件和数字信号处理组件。所述安装板固定于所述外罩内底侧，所述CXD成像组件通过与所述安装板固定连接进而固定于所述外罩内部；所述镜头与所述CCD成像组件的输入端固定连接，所述CCD成像组件的输出端与所述数字信号处理组件电性连接，所述镜头摄入的图像经所述CXD成像组件成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件，所述数字信号处理组件用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号；所述外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。其中，所述被动式红外夜视摄像仪还包括保护钢化玻璃，所述保护钢化玻璃固定连接在所述外罩上，位于所述镜头的前方，用于保护所述镜头。其中，所述被动式红外夜视摄像仪，还包括热交换装置，所述热交换装置安装于所述外罩内侧面。其中所述被动式红外夜视摄像仪，还包括遮阳板，所述遮阳板遮挡于所述外罩上方。本发明还提供一种自适应多帧累积方法，包括步骤:步骤A:采取自适应算法计算最佳累积帧数，所述最佳累积帧数为使得图像清晰度满足预设要求且噪声最小时的累积帧数；步骤B:根据最佳累积帧数，将图像信号进行多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。其中，所述步骤A包括:步骤Al:根据是否满足无偏性、单峰性且能反映亮度、清晰度的极性以及对噪声敏感度低的原则，选取评价函数；步骤A2:构造自适应算法的目标函数，利用目标函数计算使得所述评价函数达标的累积帧数。其中，所述评价函数包括亮度、清晰度和噪声；所述亮度为图像信号的信号功率，所述噪声为噪声功率，清晰度为图像的二级梯度平方函数，所述图像的二级梯度平方函数为:
权利要求
1.一种被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，包括外罩、安装板、镜头、C⑶成像组件和数字信号处理组件； 所述安装板固定于所述外罩内底侧，所述CCD成像组件通过与所述安装板固定连接进而固定于所述外罩内部； 所述镜头与所述CCD成像组件的输入端固定连接，所述CCD成像组件的输出端与所述数字信号处理组件电性连接，所述镜头摄入的图像经所述CXD成像组件成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件，所述数字信号处理组件用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号； 所述外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。
2.根据权利要求1所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括保护钢化玻璃，所述保护钢化玻璃固定连接在所述外罩上，位于所述镜头的前方，用于保护所述镜头。
3.根据权利要求1所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括热交换装置，所述热交换装置安装于所述外罩内侧面。
4.根据权利要求1所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括遮阳板，所述遮阳板遮挡于所述外罩上方。
5.一种自适应多帧累积方法，其特征在于，包括步骤: 步骤A:采取自适应算法计算最佳累积帧数，所述最佳累积帧数为使得图像清晰度满足预设要求且噪声最小时的累积帧数； 步骤B:根据最佳累积帧数，将图像信号进行多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。
6.根据权利要求5所述的自适应多帧累积方法，其特征在于，所述步骤A包括: 步骤Al:根据是否满足无偏性、单峰性且能反映亮度、清晰度的极性以及对噪声敏感度低的原则，选取评价函数； 步骤A2:构造自适应算法的目标函数，利用目标函数计算使得所述评价函数达标的累积帧数。
7.根据权利要求6所述的自适应多帧累积方法，其特征在于，所述评价函数包括亮度、清晰度和噪声；所述亮度为图像信号的信号功率，所述噪声为噪声功率，清晰度为图像的二级梯度平方函数，所述图像的二级梯度平方函数为:
8.根据权利要求6所述的自适应多帧累积方法，其特征在于，所述评价函数为功效函数、多元统计分析函数、模糊综合函数、数据包络分析评价函数、人工神经网络以及数型幂函数指数公式或对数型幂函数指数公式。
9.根据权利要求6所述的自适应多帧累积方法，其特征在于，所述目标函数为:e(n) = cl (n)-cl (n_l)F (e (n)) =E (e2 (n))。
全文摘要
本发明公开一种被动式红外夜视摄像仪，包括外罩、安装板、镜头、CCD成像组件和数字信号处理组件；安装板固定于外罩内底侧，CCD成像组件通过与安装板固定连接进而固定于外罩内部；镜头与CCD成像组件的输入端固定连接，CCD成像组件的输出端与数字信号处理组件电性连接；外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。本发明还提供一种自适应多帧累积方法，包括步骤采取自适应算法计算最佳累积帧数，所述最佳累积帧数为使得图像清晰度满足预设要求且噪声最小时的累积帧数；根据最佳累积帧数，将图像信号进行多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。
文档编号G03B17/55GK103167248SQ20111040738
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者杜金生 申请人:北京光展科技发展有限公司