本發(fā)明涉及一種基于InGaAs探測器的近紅外成像系統(tǒng)，在不同光照條件下實時調(diào)整積分時間，使輸出視頻始終穩(wěn)定在合適的亮度范圍內(nèi)，不至于過曝或者圖像灰暗。
背景技術(shù)：
：InGaAs探測器成像波段在0.9-1.7um，得益于夜氣輝在短波紅外波段的自然輻射數(shù)十倍強于夜天空在可見光和近紅外波段的輻射，短波紅外成像設(shè)備利用近紅外大氣窗口波段可以很好的實現(xiàn)對霧霾天氣中目標的觀測，有效的提高在惡劣天氣條件下的目標觀測距離和效果。介于近紅外波段成像特點，光照特別是太陽光照對于探測器成像影響很大，在白天以及夜間探測器成像需要的積分時間有很大的差別。而且在白天成像也因為氣候原因?qū)τ谇缣?、陰天、霧霾天、雨雪天氣有不同的積分時間要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)和方法，不僅可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)積分時間，還可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無論在白天、夜間還是在晴天、霧霾天均可呈現(xiàn)清晰圖像。為了解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)，包括InGaAs探測器、探測器輸出信號分析模塊、積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，探測器輸出信號分析模塊的輸入端與InGaAs探測器的輸出端相連，探測器輸出信號分析模塊的輸出端分別與積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊相連，探測器輸出信號分析模塊對InGaAs探測器的輸出信號進行分析處理并輸出信號至積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收的信號對積分時間和幀頻進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)，還包括補光的1550nm激光器，1550nm激光器與探測器相連。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)，所述積分時間調(diào)節(jié)模塊包括粗調(diào)模塊、細調(diào)模塊，粗調(diào)模塊以ms為單位調(diào)節(jié)積分時間，細調(diào)模塊以100ns為單位調(diào)節(jié)積分時間。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)，所述輸出信號分析模塊包括依次連接的幀間平滑濾波模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、時域濾波模塊和探測器響應(yīng)值判斷模塊，幀間平滑濾波模塊輸入端與InGaAs探測器相連，探測器響應(yīng)值判斷模塊的輸出端與積分時間調(diào)節(jié)模塊相連。本發(fā)明還公開了一種基于上述近紅外系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，InGaAs探測器采集周圍環(huán)境圖像,探測器輸出信號分析模塊對采集到的圖像進行分析處理并向積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊輸出分析結(jié)果，然后積分時間調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收信號對積分時間進行調(diào)整，同時幀頻調(diào)節(jié)模塊對幀頻進行調(diào)整；幀頻調(diào)整的過程為：幀頻調(diào)節(jié)模塊判斷在50hz幀頻下的最長積分時間內(nèi)有無信號輸出和信號輸出的強度，若沒有信號輸出或者信號讀出強度不能滿足成像要求，則降低幀頻，并在該幀頻下的最長積分時間內(nèi)持續(xù)判斷信號讀出強度是否滿足成像要求，若不能滿足成像要求則繼續(xù)降低幀頻，直至信號讀出強度可以滿足成像要求或者積分時間達到最長。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，探測器輸出信號分析模塊對采集圖像進行分析處理的過程為:首先對接收到的探測器輸出信號進行幀間濾波；然后分析每幀圖像的直方圖并統(tǒng)計，直方圖與響應(yīng)值成正比關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計情況判斷探測器在一定積分時間內(nèi)的整體響應(yīng)；最后取出響應(yīng)最高的20%來判斷當(dāng)前響應(yīng)值的灰度范圍。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，在探測器響應(yīng)值判斷的時候進行時域濾波，對采集到的圖像進行預(yù)處理判斷。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，積分時間調(diào)整模塊調(diào)節(jié)積分時間的過程為：S01、設(shè)定灰度值的閾值范圍，將當(dāng)前響應(yīng)值的灰度范圍與設(shè)定的閾值范圍做比較，判斷圖像為正常狀態(tài)、飽和狀態(tài)或非飽和狀態(tài)；S02、若圖像為正常狀態(tài)，積分時間不調(diào)整，若圖像為飽和狀態(tài)則對積分時間遞減，直到圖像為正常狀態(tài)，如圖像為非飽和狀態(tài)，則對積分時間遞增，直到圖像為正常狀態(tài)。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，在探測器響應(yīng)值完全沒有差異和變化范圍過快的區(qū)間，積分時間調(diào)節(jié)模塊進行快速調(diào)節(jié)，積分時間以ms為單位進行調(diào)節(jié)；在探測器響應(yīng)值緩慢變化的區(qū)間，積分時間調(diào)節(jié)模塊進行細微調(diào)節(jié)，積分時間以100ns為單位進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，在全黑條件下，增加無紅曝的1550nm激光器補光。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明能夠根據(jù)探測器響應(yīng)值的灰度范圍自動調(diào)節(jié)積分時間，同時為了適應(yīng)InGaAs探測器適用于不同光照條件下大范圍的響應(yīng)特性，在自適應(yīng)調(diào)節(jié)積分時間的同時調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無論在白天、夜間還是在晴天、霧霾天均可呈現(xiàn)清晰圖像。本發(fā)明更高效更靈活，同時考慮到調(diào)節(jié)效率和圖像閃爍現(xiàn)象，增加時域濾波功能，并對調(diào)節(jié)速率進行控制，避免圖像閃爍現(xiàn)象，并提高調(diào)節(jié)效率。為了保證全黑條件下的成像效果，增加激光器補光或者幀頻調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)模塊，使其在全黑條件下仍能滿足成像要求。附圖說明圖1為現(xiàn)有近紅外成像系統(tǒng)的原理框圖；圖2為自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)的原理框圖；圖3為探測器輸出信號分析模塊的原理框圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的限定。實施例1如圖1所示，為現(xiàn)有近紅外成像系統(tǒng)的原理框圖，所述近紅外成像系統(tǒng)包括依次連接的探測器、AD轉(zhuǎn)換芯片、主控芯片和視頻編碼芯片，探測器采集模擬視頻信號并輸出值A(chǔ)D轉(zhuǎn)換芯片，AD轉(zhuǎn)換芯片對模擬視頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字視頻信號，主控芯片采用FPGA，主要完成近紅外探測器驅(qū)動信號輸出、視頻信號的組幀、非均勻校正等一系列視頻處理過程，最終輸出編碼后的視頻信號，視頻信號鏡視頻編碼芯片編碼后輸出標準PAL制視頻?，F(xiàn)有近紅外成像系統(tǒng)在主控芯片中對采集到的信號進行調(diào)理、標準PAL制式輸出，主控芯片需要50Hz的視頻采集速率，每幀有20ms時間。20ms內(nèi)需要完成探測器的積分、讀出、數(shù)據(jù)的組幀以及后續(xù)處理。其積分時間被固定在20ms以內(nèi)，無法根據(jù)不同光照條件進行積分時間的調(diào)整，影響成像效果。本實施例中公開一種可以自動調(diào)節(jié)積分時間的近紅外系統(tǒng)，包括InGaAs探測器、探測器輸出信號分析模塊、積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，探測器輸出信號分析模塊的輸入端與InGaAs探測器的輸出端相連，探測器輸出信號分析模塊的輸出端分別與積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊相連，探測器輸出信號分析模塊對InGaAs探測器的輸出信號進行分析處理并輸出信號至積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，積分時間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收的信號對積分時間和幀頻進行調(diào)節(jié)。對于夜間成像效果，在全黑條件下，即使將積分時間加到最長，也無法探測到有效信息。此時可以加無紅曝的1550nm激光器補光，補光后成像在激光照亮的區(qū)域很亮，在激光照射之外的區(qū)域會較暗，但此時即使積分時間達到最長仍然無法在暗區(qū)得到有效信息，因此僅考慮激光補光區(qū)域即可。本實施例中，所述積分時間調(diào)節(jié)模塊包括粗調(diào)模塊、細調(diào)模塊，粗調(diào)模塊以ms為單位調(diào)節(jié)積分時間，細調(diào)模塊以100ns為單位調(diào)節(jié)積分時間。通過控制調(diào)節(jié)速率，可以提高調(diào)節(jié)效率，同時避免圖像閃爍現(xiàn)象。本實施例中，所述輸出信號分析模塊包括依次連接的幀間平滑濾波模塊、直方圖統(tǒng)計模塊、時域濾波模塊和探測器響應(yīng)值判斷模塊，幀間平滑濾波模塊輸入端與InGaAs探測器相連，探測器響應(yīng)值判斷模塊的輸出端與積分時間調(diào)節(jié)模塊相連。實施例2本實施例中公開了一種自動調(diào)節(jié)積分時間的方法，該方法通過InGaAs探測器采集周圍環(huán)境圖像,探測器輸出信號分析模塊對采集到的圖像進行預(yù)處理，然后根據(jù)統(tǒng)計直方圖信息對積分時間進行調(diào)整。在自適應(yīng)調(diào)整時同時考慮到幀頻的調(diào)整，以適應(yīng)InGaAs探測器適用于不同光照條件下大范圍的響應(yīng)特性。對于調(diào)整速度，通過對響應(yīng)值直方圖信息的判斷，采用兩種速度來同時滿足效率以及用戶體驗的要求。具體為：S01、首先InGaAs探測器采集周圍環(huán)境圖像,探測器輸出信號分析模塊對接收到的探測器輸出信號進行幀間濾波；S02、然后直方圖統(tǒng)計模塊分析每幀圖像的直方圖并統(tǒng)計，直方圖與響應(yīng)值成正比關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計情況判斷探測器在一定積分時間內(nèi)的整體響應(yīng)；S03、考慮到芯片本身可能會有壞點等響應(yīng)不正常的點，單純?nèi)∽罡唔憫?yīng)值可能會有誤判，因此取出響應(yīng)最高的20%來判斷當(dāng)前響應(yīng)值的灰度范圍；S04、設(shè)定灰度值的閾值范圍，本實施例中，設(shè)定高范圍閾值為3.5V對應(yīng)的灰度值，低范圍閾值為1.5V對應(yīng)的灰度值，將當(dāng)前響應(yīng)值的灰度范圍與設(shè)定的閾值范圍做比較，判斷圖像為正常狀態(tài)、飽和狀態(tài)或非飽和狀態(tài)；S05、若圖像為正常狀態(tài)，積分時間不調(diào)整，若圖像為飽和狀態(tài)則對積分時間遞減，直到圖像為正常狀態(tài)，如圖像為非飽和狀態(tài)，則對積分時間遞增，直到圖像為正常狀態(tài)?？紤]到實時調(diào)整積分時間的要求，如果每幀圖像都進行判斷或處理，則調(diào)節(jié)速度過快，調(diào)節(jié)過于敏感，在場景監(jiān)控時可能會使視頻出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)速度過慢則不利于實時觀測，失去實時調(diào)節(jié)的意義；因此在探測器響應(yīng)值判斷的時候添加時域濾波功能，對采集到的圖像進行預(yù)處理判斷。在進行調(diào)節(jié)的時候，根據(jù)調(diào)節(jié)后的直方圖反饋信息對調(diào)節(jié)速率進行控制。為提高調(diào)節(jié)效率，同時考慮到圖像閃爍現(xiàn)象，在探測器響應(yīng)值輸出完全沒有差異和變化范圍過快的區(qū)間進行快速調(diào)節(jié)，積分時間以ms為單位變化；在緩慢的變化中進行細微調(diào)節(jié)，此時的調(diào)節(jié)速度可以慢一些，積分時間以100ns為單位進行調(diào)節(jié)。對于夜間成像效果，在全黑條件下，即使將積分時間加到最長，也無法探測到有效信息。此時可以加無紅曝的1550nm激光器補光，補光后成像在激光照亮的區(qū)域很亮，在激光照射之外的區(qū)域會較暗，但此時即使積分時間達到最長仍然無法在暗區(qū)得到有效信息，因此僅考慮激光補光區(qū)域即可。這也是為什么前面考慮直方圖累計效果時只參考響應(yīng)值高的20%進行判斷。針對夜間監(jiān)控，不考慮加激光補光時的情況，針對全黑場景添加同時調(diào)節(jié)幀頻模塊。研究InGaAs探測器的成像特性，積分時間需要在0-40ms甚至更長范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在白天光照充足的情況下，積分時間僅需要1ms甚至更短；在夜間無光照條件下，積分時間需要調(diào)節(jié)到40ms。顯然，40ms的積分時間無法輸出幀頻為50Hz的視頻信號，因此采用自適應(yīng)改變幀頻的方法來滿足積分時間的要求，以下是本系統(tǒng)的幀頻和對應(yīng)積分時間關(guān)系。表1幀頻與積分時間對應(yīng)關(guān)系幀頻50Hz25Hz12.5Hz積分時間調(diào)節(jié)范圍0-2.6ms0-20ms0-40ms在直方圖判斷過程中，如果50Hz幀頻下的最長積分時間無法檢測到信號輸出，則將幀頻自動降為25Hz并從最長積分時間開始判斷信號讀出強度，繼續(xù)判斷信號的強度看是否能滿足成像要求，如果不能滿足則需要繼續(xù)降低幀頻以達到積分時間的要求。以上判斷直到積分時間可以滿足成像要求，或者積分時間達到最長。本發(fā)明能夠根據(jù)探測器響應(yīng)值的灰度范圍自動調(diào)節(jié)積分時間，同時為了適應(yīng)InGaAs探測器適用于不同光照條件下大范圍的響應(yīng)特性，在自適應(yīng)調(diào)節(jié)積分時間的同時調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無論在白天、夜間還是在晴天、霧霾天均可呈現(xiàn)清晰圖像。本發(fā)明更高效更靈活，同時考慮到調(diào)節(jié)效率和圖像閃爍現(xiàn)象，增加時域濾波功能，并對調(diào)節(jié)速率進行控制，避免圖像閃爍現(xiàn)象，并提高調(diào)節(jié)效率。為了保證全黑條件下的成像效果，增加激光器補光或者幀頻調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)模塊，使其在全黑條件下仍能滿足成像要求。以上描述的僅是本發(fā)明的基本原理和優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進和替換，屬于本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3