抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)及方法；該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)該方法；該系統(tǒng)包括視頻圖像獲取裝置(1)和視頻圖像處理裝置(3)；視頻圖像處理裝置(3)包括數(shù)字處理裝置(31)和視頻圖像噪音剔除器(32)；視頻圖像噪音剔除器(32)置于數(shù)字處理裝置(31)中，視頻圖像噪音剔除器(32)包括中值法去噪模塊、自差法視頻噪音圖像提取模塊、向前互差法提取視頻噪音圖像模塊、向后互差法提取視頻噪音圖像模塊、向前合成二次視頻噪音圖像模塊、向后合成二次視頻噪音圖像模塊、前差噪音圖像界定模塊、后差噪音圖像界定模塊、噪聲圖像標(biāo)定模塊、噪聲剔除模塊、中值法視頻圖像修正模塊。通過(guò)其處理的視頻圖像噪音少，圖像清晰。
【專利說(shuō)明】抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輻射環(huán)境下圖像傳感技術(shù)，特別是一種抗輻射圖像傳感方法及系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著太空探索的日益加深和核能源的不斷開(kāi)發(fā)利用，輻射環(huán)境下的各種操作任務(wù) 也越來(lái)越多。但是輻射對(duì)人體危害很大，因此強(qiáng)輻射環(huán)境下的工程作業(yè)需要通過(guò)遠(yuǎn)距離控 制或自動(dòng)作業(yè)完成。各種圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于空間科學(xué)和核科學(xué)等領(lǐng)域中的作為核心 探測(cè)器。因此圖像傳感器的抗輻射加固具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)有視覺(jué)傳感器（即圖像傳感器，下同）抗輻射技術(shù)主要采用像元電子電路內(nèi)部結(jié) 構(gòu)加固和輻射隔離兩種方法，即采用不同的硬件防輻射加固或芯片防輻照設(shè)計(jì)工藝來(lái)提高 傳感器的抗輻射能力。這兩種圖像傳感器抗輻射技術(shù)，往往增加了傳感器的體積和重量，且 復(fù)雜的設(shè)計(jì)工藝會(huì)使圖像傳感器成本急劇增加，限制了其推廣應(yīng)用。圖像傳感器受空間輻 射和核輻射的影響發(fā)生損傷效應(yīng)，從而使直接獲取的現(xiàn)場(chǎng)圖像常常帶有較強(qiáng)的污染噪聲。 在強(qiáng)輻射下高能粒子打在圖像傳感器CCD陣列上時(shí)，被擊中的像元，其像元值會(huì)驟然增加， 使其所獲得的圖像中產(chǎn)生局部脈沖噪聲。另外高能粒子的能量會(huì)在相鄰像元間傳遞，從而 導(dǎo)致噪聲局部區(qū)域擴(kuò)散。針對(duì)這些問(wèn)題，一些研究者提出利用圖像處理的方法來(lái)消除強(qiáng)輻 射下的圖像噪聲，達(dá)到基于軟件的圖像傳感器加固的目的，例如，王姮等在文獻(xiàn)《一種強(qiáng)輻 射環(huán)境監(jiān)測(cè)下圖像降噪的新方法》（即《傳感器與微系統(tǒng)》，2011年，30卷11期，59-61頁(yè))中 提出了一種將改進(jìn)的自適應(yīng)中值濾波與小波變換相結(jié)合的復(fù)合去噪濾波法來(lái)對(duì)強(qiáng)輻射下 的圖像進(jìn)行恢復(fù)處理。但是這種簡(jiǎn)單的濾波對(duì)噪聲強(qiáng)度大、分布密集的圖像效果不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其 不需要雙鏡頭等冗余設(shè)備來(lái)去噪音，也不需要加固設(shè)備來(lái)減少噪音，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提供一種視頻圖像系統(tǒng)的抗輻射方法，上述系統(tǒng)使用了該方 法，該方法處理效果好，速度快，步驟簡(jiǎn)單，該方法不需要復(fù)雜的設(shè)備，使用成本低。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)；其包括視頻圖像獲取裝置和 視頻圖像處理裝置；視頻圖像獲取裝置包括聚焦鏡頭和視頻圖像傳感器，視頻圖像傳感器 位于聚焦鏡頭聚焦的光路上，視頻圖像獲取裝置可獲取探測(cè)目標(biāo)的視頻圖像序列，每個(gè)視 頻圖像為某一刻獲得的探測(cè)目標(biāo)的影像；視頻圖像獲取裝置與視頻圖像處理裝置之間通過(guò) 通訊系統(tǒng)連接；視頻圖像處理裝置包括數(shù)字處理裝置和視頻圖像噪音剔除器；數(shù)字處理裝 置包括輸入接口、存貯器、處理器和輸出接口；視頻圖像噪音剔除器置于數(shù)字處理裝置中， 視頻圖像噪音剔除器包括中值法去噪模塊、自差法視頻噪音圖像提取模塊、向前互差法提 取視頻噪音圖像模塊、向后互差法提取視頻噪音圖像模塊、向前合成二次視頻噪音圖像模 塊、向后合成二次視頻噪音圖像模塊、前差噪音圖像界定模塊、后差噪音圖像界定模塊、噪 聲圖像標(biāo)定模塊、噪聲剔除模塊、中值法視頻圖像修正模塊； 中值法去噪模塊，其用于對(duì)視頻圖像傳感器（12)采集來(lái)的每一幀視頻圖像進(jìn)行初步 去噪處理，即將每個(gè)視頻圖像中的每個(gè)像素用其與周邊r排像素組成的（2r+l)x (2r+l)個(gè) 像素的中間像素值替代，r=l?5,得到各中值視頻圖像； 自差法視頻噪音圖像提取模塊，用于將每一幅視頻圖像的每個(gè)像素值減去通過(guò)中值 法去噪模塊處理后得到的中值視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素值，并取絕對(duì)值，得到自差法噪音圖 像； 向前互差法提取視頻噪音圖像模塊，用于將每幅視頻圖像與視頻中排在其前面緊鄰的 rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向前噪 音圖像； 向后互差法提取視頻噪音圖像模塊，用于通過(guò)將每幅視頻圖像與視頻中排在其后面緊 鄰的rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向 前噪音圖像； 向前合成二次視頻噪音圖像模塊，用于將每一幅視頻圖像所對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與 向前噪音圖像按比例警合成向前二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位 噪音像素值與胃相乘，然后將向前噪音圖像的每一位噪音像素值與￠1- 相乘，取該兩個(gè) 乘積的和作為向前二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 向后合成二次視頻噪音圖像模塊，用于將每一幅視頻圖像對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與向 后噪音圖像按比例漏合成向后二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位噪 音像素值與胃相乘，然后將向后噪音圖像的每一位噪音像素值與p- 1?)相乘，取該兩個(gè)乘 積的和作為向后二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 其中冒=0· 1?0.5 ; 前差噪音圖像界定模塊，用于將向前二次視頻噪音圖像中的每個(gè)噪音像素點(diǎn)的值與一 個(gè)界定閾值Iff進(jìn)行比較，若大于界定閾值2H,則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音存在，取值為1，否 則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存在，其取值為〇,得到前差噪音界定圖像； 后差噪音圖像界定模塊，其用于將向后二次視頻噪音圖像中的每個(gè)噪音像素點(diǎn)的值與 一個(gè)界定閾值IF進(jìn)行比較，若大于界定閾值胃，則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音存在，取值為1， 否則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存在，其取值為〇,得到后差噪音界定圖像； 噪音界定閾值Uf =20?80; 噪聲圖像標(biāo)定模塊，用于判斷前差噪音界定圖像與后差噪音界定圖像相應(yīng)噪音像素點(diǎn) 的均為噪音時(shí)，則標(biāo)定該點(diǎn)為噪音像素點(diǎn)，用"1"表示，否則噪音不認(rèn)定為噪音，用"〇"表 示，得到噪聲標(biāo)定圖像； 噪聲剔除模塊，用于將視頻圖像向周邊延伸一個(gè)像素，得到延伸視頻圖像，再將延伸視 頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪音的位置的像素，取延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn) 周邊四個(gè)頂點(diǎn)像素值之和與其周邊四個(gè)像素值之和按照參數(shù)a、b合成新的像素值，得到噪 首剔除視頻圖像；也就是其實(shí)就是將以延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪首的 位置的像素為中心的3x3像素值組成的陣列與

【權(quán)利要求】
1. 一種抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)；其包括視頻圖像獲取裝置（1)和視頻圖像處理裝置 (3);視頻圖像獲取裝置（1)包括聚焦鏡頭（11)和視頻圖像傳感器（12)，視頻圖像傳感器 (12)位于聚焦鏡頭（11)聚焦的光路上，視頻圖像獲取裝置（1)可獲取探測(cè)目標(biāo)的視頻圖像 序列，每個(gè)視頻圖像為某一刻獲得的探測(cè)目標(biāo)的影像；其特征是：視頻圖像獲取裝置（1)與 視頻圖像處理裝置（3)之間通過(guò)通訊系統(tǒng)連接；視頻圖像處理裝置（3)包括數(shù)字處理裝置 (31)和視頻圖像噪音剔除器（32);數(shù)字處理裝置（31)包括輸入接口、存貯器、處理器和輸 出接口；視頻圖像噪音剔除器（32)置于數(shù)字處理裝置（31)中，視頻圖像噪音剔除器（32) 包括中值法去噪模塊、自差法視頻噪音圖像提取模塊、向前互差法提取視頻噪音圖像模塊、 向后互差法提取視頻噪音圖像模塊、向前合成二次視頻噪音圖像模塊、向后合成二次視頻 噪音圖像模塊、前差噪音圖像界定模塊、后差噪音圖像界定模塊、噪聲圖像標(biāo)定模塊、噪聲 剔除模塊、中值法視頻圖像修正模塊； 中值法去噪模塊，其用于對(duì)視頻圖像傳感器（12)采集來(lái)的每一幀視頻圖像進(jìn)行初步 去噪處理，即將每個(gè)視頻圖像中的每個(gè)像素用其與周邊r排像素組成的（2r+l)x (2r+l)個(gè) 像素的中間像素值替代，r=l?5,得到各中值視頻圖像； 自差法視頻噪音圖像提取模塊，用于將每一幅視頻圖像的每個(gè)像素值減去通過(guò)中值 法去噪模塊處理后得到的中值視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素值，并取絕對(duì)值，得到自差法噪音圖 像； 向前互差法提取視頻噪音圖像模塊，用于將每幅視頻圖像與視頻中排在其前面緊鄰的 rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向前噪 音圖像； 向后互差法提取視頻噪音圖像模塊，用于通過(guò)將每幅視頻圖像與視頻中排在其后面緊 鄰的rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向 前噪音圖像； 向前合成二次視頻噪音圖像模塊，用于將每一幅視頻圖像所對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與 向前噪音圖像按比例冒合成向前二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位 噪音像素值與胃相乘，然后將向前噪音圖像的每一位噪音像素值與￠.1. - W )相乘,取該兩個(gè) 乘積的和作為向前二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 向后合成二次視頻噪音圖像模塊，用于將每一幅視頻圖像對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與向 后噪音圖像按比例警合成向后二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位噪 音像素值與胃相乘，然后將向后噪音圖像的每一位噪音像素值與p-署)相乘，取該兩個(gè)乘 積的和作為向后二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 其中罾=0? 1?0.5 ; 前差噪音圖像界定模塊，用于將向前二次視頻噪音圖像中的每個(gè)噪音像素點(diǎn)的值與一 個(gè)界定閾值進(jìn)行比較，若大于界定閾值1H,則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音存在，取值為1，否 則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存在，其取值為〇,得到前差噪音界定圖像； 后差噪音圖像界定模塊，其用于將向后二次視頻噪音圖像中的每個(gè)噪音像素點(diǎn)的值與 一個(gè)界定閾值ro進(jìn)行比較，若大于界定閾值胃，則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音存在，取值為1， 否則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存在，其取值為0,得到后差噪音界定圖像； 噪音界定閾值胃=20?80 ; 噪聲圖像標(biāo)定模塊，用于判斷前差噪音界定圖像與后差噪音界定圖像相應(yīng)噪音像素點(diǎn) 的均為噪音時(shí)，則標(biāo)定該點(diǎn)為噪音像素點(diǎn)，用"1"表示，否則噪音不認(rèn)定為噪音，用"〇"表 示，得到噪聲標(biāo)定圖像； 噪聲剔除模塊，用于將視頻圖像向周邊延伸一個(gè)像素，得到延伸視頻圖像，再將延伸視 頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪音的位置的像素，取延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn) 周邊四個(gè)頂點(diǎn)像素值之和與其周邊四個(gè)像素值之和按照參數(shù)a、b合成新的像素值，得到噪 首剔除視頻圖像；其實(shí)就是將以延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪首的位置的 像素為中心的3x3像素值組成的陣列與
對(duì)應(yīng)位置相乘再取和，作為噪音剔除 視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值，得到噪音剔除視頻圖像；其中a+b=0. 25。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的噪聲剔除模塊還 用于再重復(fù)使用1?20次，每進(jìn)行下一次使用時(shí)，均是將前一次使用得到的噪音剔除視頻 圖像作為下一次使用開(kāi)始的視頻圖像進(jìn)行使用，得到下一個(gè)噪音剔除視頻圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：其還包括中值法視 頻圖像修正模塊，中值法視頻圖像修正模塊與上述的中值法去噪模塊的結(jié)構(gòu)相同，即均采 用相同的中值法處理圖像，其用于對(duì)噪音剔除視頻圖像進(jìn)行一次中值法去噪，得到最終的 去噪視頻圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的r=3 ;rl=2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的r=3 ;rl=2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的罾=0. 25 =40。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的冒=0.25 ;rir =40。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗輻射的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的 a=0. 073235,b=0. 176765。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的視頻圖像系統(tǒng)，其特征是：所述的所通訊系統(tǒng)為電纜及 其接口電路，或?yàn)闊o(wú)線通訊系統(tǒng)，無(wú)線通訊系統(tǒng)包括無(wú)線收發(fā)器、接口電路等部件；視頻圖 像傳感器（12)、通訊系統(tǒng)還設(shè)有硬件加固技術(shù)；數(shù)字處理裝置（31)為一臺(tái)能進(jìn)行數(shù)字信號(hào) 處理的計(jì)算機(jī)。
10. -種視頻圖像系統(tǒng)的抗輻射方法；其特征是：其包括如下步驟： 一、 通過(guò)視頻圖像系統(tǒng)的視頻圖像獲取裝置（1)獲取視頻圖像； 二、 采用中值法初步去圖像噪音：將視頻圖像獲取裝置（1)獲取的每一幀視頻圖像的 每個(gè)像素用其與周邊r排像素組成的（2r+l)x (2r+l)個(gè)像素的中間像素值替代，r=l? 5,得到各中值視頻圖像； 三、 采用自差法提取視頻噪音圖像：將每一幅視頻圖像的每個(gè)像素值減去通過(guò)中值法 得到的中值視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素值，并取絕對(duì)值，得到自差法噪音圖像； 四、 采用向前互差法提取視頻噪音圖像：將每幅視頻圖像與視頻中排在其前面緊鄰的 rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向前噪 音圖像； 五、 采用向后互差法提取視頻噪音圖像，通過(guò)將每幅視頻圖像與視頻中排在其后面緊 鄰的rl幅視頻圖像進(jìn)行比較得到各差像，rl=l?3，再將各差像相加得到各視頻圖像的向 前噪音圖像； 六、 采用向前合成二次視頻噪音圖像，將每一幅視頻圖像所對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與 向前噪音圖像按比例警合成向前二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位 噪音像素值與胃相乘，然后將向前噪音圖像的每一位噪音像素值與P______W )相乘，取該兩個(gè) 乘積的和作為向前二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 采用向后合成二次視頻噪音圖像：將每一幅視頻圖像對(duì)應(yīng)的自差法噪音圖像與向后噪 音圖像按比例冒合成向后二次視頻噪音圖像，即將每一幅自差法噪音圖像的每一位噪音像 素值與If相乘,然后將向后噪音圖像的每一位噪音像素值與W )相乘,取該兩個(gè)乘積的 和作為向后二次視頻噪音圖像的各噪音像素值； 其中罾=〇? 1?0.5 ; 七、 界定前差噪音界定圖像和后差噪音界定圖像：將向前二次視頻噪音圖像中的每個(gè) 噪音像素點(diǎn)的值與一個(gè)界定閾值Iff進(jìn)行比較，若大于界定閾值Iff，則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪 音存在，取值為1，否則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存在，其取值為0,得到前差噪音界定圖像； 將向后二次視頻噪音圖像中的每個(gè)噪音像素點(diǎn)的值與一個(gè)界定閾值ffl進(jìn)行比較，若 大于界定閾值IF，則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音存在，取值為1，否則認(rèn)定該像素點(diǎn)位噪音不存 在，其取值為〇,得到后差噪音界定圖像； 噪音界定閾值Hf =20?80 ; 八、 標(biāo)定噪聲圖像：判斷前差噪音界定圖像與后差噪音界定圖像相應(yīng)噪音像素點(diǎn)的均 為噪音時(shí)，則標(biāo)定該點(diǎn)為噪音像素點(diǎn)，用"1"表示，否則噪音不認(rèn)定為噪音，用"〇"表示，得 到噪聲標(biāo)定圖像； 九、 剔除噪聲：用于將視頻圖像向周邊延伸一個(gè)像素，得到延伸視頻圖像，再將延伸視 頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪音的位置的像素，取延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn) 周邊四個(gè)頂點(diǎn)像素值之和與其周邊四個(gè)像素值之和按照參數(shù)a、b合成新的像素值，得到噪 首剔除視頻圖像；也就是其實(shí)就是將以延伸視頻圖像中對(duì)應(yīng)噪聲標(biāo)定圖像中標(biāo)定為噪首的 位置的像素為中心的3x3像素值組成的陣列與
對(duì)應(yīng)位置相乘再取和，作為噪 音剔除視頻圖像中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的像素值，得到噪音剔除視頻圖像；其中a+b=0. 25。
【文檔編號(hào)】H04N5/357GK104333716SQ201410618197
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】楊斌, 趙立宏, 鄧騫, 郭玲 申請(qǐng)人:南華大學(xué)