一種基于近紅外多光譜成像的霧天圖像增強裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種基于近紅外多光譜成像的霧天圖像增強裝置及方法，涉及紅外成像技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]早期研宄的透霧技術(shù)，主要是從成像原理入手，也就是光學透霧，通過透霧鏡頭來過濾空氣中雜質(zhì)對影像的影響，其原理為:在不可見光的范圍內(nèi)，近紅外波段的光可以穿透霧氣，將這一頻率的不可見光進行成像，從而實現(xiàn)肉眼無法實現(xiàn)的“透視”。但由于近紅外波段的波長不同可見光，需要在攝像機上進行采集，才能達到對其成像的目的。同時由于紅外波段信號能量低、信噪比低，其圖像信號采集傳感器和處理過程也和可見光不同。
[0003]另外一種為算法透霧，也稱視頻圖像增透技術(shù)，一般指將因霧和水汽灰塵等導致朦朧不清的圖像變得清晰，強調(diào)圖像當中某些感興趣的特征，抑制不感興趣的特征，使得圖像的質(zhì)量改善，信息量得到增強。以下為算法透霧的幾種實現(xiàn)方式。
[0004]首先是基于暗通道的透霧算法，該算法是一種基于去霧物理模型的方法，針對霧天圖像的退化現(xiàn)象，進行一次與成像的逆過程來恢復無霧圖像。此方法針對性很強，得到的算法結(jié)果自然，能夠取得不錯的去霧效果。但是此類方法計算量都非常大，處理一副圖像需要耗費大量的時間，難以滿足實時性要求，限制了該算法在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。且對遠紅外成像這種不符合霧天模型的情況并不適用。
[0005]第二種是傳統(tǒng)的圖像增強算法，如Retinex和CLAHE等算法，這類圖像增強算法通過一定手段對原圖像變換數(shù)據(jù)，有選擇地突出圖像中感興趣的特征或者抑制圖像中某些不需要的特征，使圖像與視覺響應(yīng)特性相匹配。在圖像增強過程中，不分析圖像降質(zhì)的原因，處理后的圖像不一定逼近原始圖像。如Retinex算法可以實現(xiàn)多個特征的增強，同時也存在一些不足之處:局部細節(jié)出現(xiàn)過增強，使得圖像出現(xiàn)噪點，圖像明暗對比強烈的部分易產(chǎn)生光暈現(xiàn)象以及顏色保持不夠真實自然。
[0006]在一些遠距離監(jiān)控應(yīng)用場景中，需要長焦距、大變倍鏡頭，如邊海防應(yīng)用。此時由于作用距離遠、畫面視場小，上述的透霧技術(shù)效果各有優(yōu)劣。因此這里基于近紅外多光譜光學成像技術(shù)，綜合圖像信號處理和視頻增強技術(shù)，提出了一種綜合型的霧天圖像增強裝置和方法，大大提高了霧天情況下長焦距、大變倍鏡頭的探測距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于近紅外多光譜成像的霧天圖像增強裝置及方法，在光學成像單元、圖像信號處理單元和視頻增強單元三個要素的設(shè)計中提高透霧性能。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于近紅外多光譜成像的霧天圖像增強裝置，包括依次順序連接的設(shè)備控制單元、成像單元、圖像信號處理單元和視頻增強單元，其中， 所述設(shè)備控制單元包括聚焦控制模塊、云臺控制模塊和濾光片切換控制模塊，分別實現(xiàn)驅(qū)動鏡頭聚焦、相機云臺轉(zhuǎn)動控制和濾光片的切換；
所述成像單元包括鏡頭、濾光片和傳感器；
所述聚焦控制模塊與鏡頭相連接，所述濾光片切換控制模塊與濾光片相連接；
所述圖像信號處理單元，對從傳感器中輸出的圖像進行處理，得到場景的數(shù)字圖像；所述視頻增強單元，采用基于對比度受限自適應(yīng)圖像增強算法，根據(jù)圖像信號處理單元統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行參數(shù)動態(tài)配置。
[0009]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述濾光片包括可見濾光片和第一紅外濾光片、第二紅外濾光片。
[0010]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述設(shè)備控制單元通過485接口與攝像機聯(lián)動。
[0011]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述傳感器為CMOS傳感器Sony MX222。
[0012]本發(fā)明還公開了一種所述基于近紅外多光譜成像的霧天圖像增強裝置對應(yīng)的實現(xiàn)方法，在裝置中設(shè)置的不同濾光片，將不同波段范圍的可見光和紅外線分開，進行切換控制;
用可見光波段的光提高圖像的清晰度，用近紅外波段的光的透霧效果來增加監(jiān)控的距離；
通過圖像信號處理單元來提高圖像的動態(tài)范圍和對比度，減少噪聲。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述圖像信號處理單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括直方圖統(tǒng)計數(shù)據(jù)和銳度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
[0014]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，所述圖像信號處理單元中，圖像處理流程包括顏色插值、圖像去噪、銳化、顏色轉(zhuǎn)換、顏色校正、白平衡和圖像數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
[0015]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選方案，視頻增強單元中，所述基于對比度受限自適應(yīng)圖像增強算法的實現(xiàn)流程包括:
利用圖像信號處理單元統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的每個子區(qū)域的灰度直方圖作為算法輸入；
利用圖像信號處理單元統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的平均銳度統(tǒng)計值的大小來確定對比度受限的截止極限；
利用截止極限對每個分塊的區(qū)域進行對比度限幅，當圖像中的某個塊的平均銳度值大于設(shè)定的閾值時，判斷明圖像中存在主體，并進一步突出主體；當圖像中的某個塊的平均銳度值小于設(shè)定的閾值時，判斷存在單一背景，對單一背景不操作，限制噪聲的過度放大，突出圖像重點主體；
對每個子區(qū)域?qū)Ρ榷仁芟藓蟮幕叶戎狈綀D進行均衡化，獲得每個子區(qū)域中心點，將這些中心點作為樣本點；
對圖像的每一個像素進行灰度線性插值，得到增強后的圖像。
[0016]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:綜合光學成像、圖像信號處理、視頻增強技術(shù)，提高了透霧性能，透霧后的圖像在清晰度和細節(jié)、對比度方面都得到了較大改善。提高了霧天情況下長焦距、大變倍鏡頭的探測距離。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)框圖； 圖2圖像信號處理流程簡圖；
圖3為本發(fā)明視頻增強單元算法流程圖；
圖4圖像分塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
圖1是本發(fā)明方案的系統(tǒng)組成框圖，系統(tǒng)由成像單元、圖像信號處理單元以及視頻增強單元及設(shè)備控制單元四個部分組成。成像單元主要完成物理圖像的分割采樣功能，圖像信號處理(ISP)對從傳感器中輸出的原始圖像進行后期處理，使之更加接近所拍攝的實際場景。視頻增強單元將ISP輸出的圖像和視頻進行針對性的增強，輸出增強后的圖像。設(shè)備控制單元由485串口控制云臺、鏡頭以及濾光片。下面對各個部分做介紹:
Cl)成像單元由鏡頭、濾光片、傳感器組成。
[0020]鏡頭，采用全通鏡頭，對各個波段的光透過率均較好，其中近紅外工作波段為800nm?1100nmo
[0021]濾光片，分別為2片紅外濾光片(紅外I模式、紅外2模式)、可見光濾光片組成，將不同波段的可見光和紅外線的分開使用。用可見光波段的光提高圖像的清晰度以及利用近紅外波段的光能夠透霧的功能來增加監(jiān)控的距離，以此來提高圖像的質(zhì)量。
[0022]傳感器，采用的是對紅外波段靈敏度高的CMOS傳感器Sony MX222。
[0023](2)圖像信號處理(ISP)單元，一種專用數(shù)字集成電路，主要負責對從傳感器中輸出的原始格式圖像數(shù)據(jù)進行后處理