本發(fā)明涉及光學(xué)攝像領(lǐng)域，特別涉及一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)方法及實(shí)現(xiàn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，安防、監(jiān)控領(lǐng)域越來(lái)越依賴攝像頭設(shè)備，而紅外攝像頭因其只對(duì)紅外光線敏感、外界可見光的明暗變化對(duì)其無(wú)影響、全天候畫質(zhì)變化小等特質(zhì)，使其在安防、監(jiān)控領(lǐng)域的市場(chǎng)份額越來(lái)越大。

自然界中存在的亮度范圍是巨大的，日光環(huán)境下100000lux；陰天環(huán)境8000lux；室內(nèi)辦公環(huán)境300lux；路燈下5lux；星光0.0003lux等等，很顯然，亮度級(jí)別太多太多，如此龐大的動(dòng)態(tài)范圍，如果按照線性方案進(jìn)行存儲(chǔ)，那么存儲(chǔ)和傳輸?shù)拇鷥r(jià)很昂貴，且人眼對(duì)自然亮度感知是非線型的，為了化解“無(wú)限的自然存在，與有限的存儲(chǔ)容量和傳輸帶寬”之間的矛盾，人們?cè)跀z像采集部件、存儲(chǔ)傳輸部件和顯示輸出部件引入gamma校正的概念。

普通攝像機(jī)通過幀間差分計(jì)算，可以消除日光的強(qiáng)度變化、日光照射角度變化帶來(lái)得影響，而一般的幀間差分計(jì)算大部分采用兩幀圖像亮度直接相減的計(jì)算方法，這種計(jì)算方法的缺點(diǎn)是忽略了gamma校正帶來(lái)的影響，導(dǎo)致所得圖像亮度與現(xiàn)實(shí)中人眼觀察畫面亮度產(chǎn)生較大偏差。

而普通的紅外攝像機(jī)通過紅外發(fā)生裝置發(fā)出紅外光來(lái)照亮物體，采用紅外透過濾光片來(lái)過濾大部分可見光，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然光的抗干擾性，目前不法分子往往利用普通紅外攝像機(jī)無(wú)法過濾紅外光這一特性進(jìn)行紅外強(qiáng)光反干擾，即通過使用紅外強(qiáng)光對(duì)紅外攝像機(jī)照射，導(dǎo)致畫面局部過曝光產(chǎn)生亮斑，以致整張圖像都無(wú)法看清楚。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)方法及實(shí)現(xiàn)裝置，可以完全消除gamma校正所帶來(lái)的失真影響，同時(shí)可以完全消除不法分子的紅外強(qiáng)光反干擾，使所得圖像更逼真，極大提升所得圖像的辨識(shí)度和抗干擾性，具有極高的抗干擾功能。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟：

步驟（1）、獲取任意相鄰兩幀圖像：其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像；

步驟（2）、通過幀間差分計(jì)算獲得目標(biāo)圖像：將相鄰兩幀圖像的每一像素點(diǎn)的亮度信號(hào)逐一作幀間差分計(jì)算，獲得亮度差值信號(hào)yt；其中，幀間差分計(jì)算如以下公式表示：yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)，

式中，yt為目標(biāo)圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yf為紅外偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yb為基準(zhǔn)偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

將得到的每個(gè)像素點(diǎn)的差值亮度信號(hào)進(jìn)行幀間差分計(jì)算，將得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像。

進(jìn)一步地，步驟（1）具體包括：

步驟1：控制單元發(fā)出同步脈沖控制信號(hào)至紅外發(fā)生裝置和紅外攝像模組，同時(shí)執(zhí)行步驟2.1和步驟3.1；紅外發(fā)射裝置和紅外攝像模組前均設(shè)置有偏振方向相同的偏振片；

步驟2.1：控制單元中的分頻整形電路將同步脈沖控制信號(hào)的頻率將為1/2，經(jīng)整形后得到開關(guān)脈沖信號(hào)，將該開關(guān)脈沖信號(hào)輸出到紅外發(fā)生裝置，控制電路通斷；

步驟2.2：紅外發(fā)生裝置發(fā)出經(jīng)同步脈沖控制信號(hào)調(diào)制的紅外光照射到被拍攝物上；

步驟3.1：紅外攝像模組將同步脈沖控制信號(hào)作為幀頻來(lái)實(shí)現(xiàn)同步拍攝；

步驟3.2：紅外攝像模組拍攝得到紅外光環(huán)境下的紅外偏振圖像和自然光環(huán)境下的基準(zhǔn)偏振圖像。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)裝置，包括依次電路連接的紅外發(fā)生裝置、控制單元、紅外攝像模組和算法單元；

該裝置還包括設(shè)置于紅外發(fā)生裝置前的第一偏振片和設(shè)置于紅外攝像模組前第二偏振片；第一偏振片與第二偏振片偏振方向相同；紅外發(fā)生裝置與控制單元連接，發(fā)出紅外光線；控制單元控制紅外發(fā)生裝置的通斷；紅外攝像模組拍攝得到其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像；算法單元通過對(duì)紅外偏振圖像和基準(zhǔn)偏振圖像進(jìn)行幀間差分計(jì)算，得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像；獲取目標(biāo)圖像步驟如下：

步驟1：控制單元發(fā)出同步脈沖控制信號(hào)至紅外發(fā)生裝置和紅外攝像模組，同時(shí)執(zhí)行步驟2.1和步驟3.1；

步驟2.1：控制單元中的分頻整形電路將同步脈沖控制信號(hào)的頻率將為1/2，經(jīng)整形后得到開關(guān)脈沖信號(hào)，將該開關(guān)脈沖信號(hào)輸出到紅外發(fā)生裝置，控制電路通斷；

步驟2.2：紅外發(fā)生裝置發(fā)出經(jīng)同步脈沖控制信號(hào)調(diào)制的紅外光照射到被拍攝物上；

步驟3.1：紅外攝像模組將同步脈沖控制信號(hào)作為幀頻來(lái)實(shí)現(xiàn)同步拍攝；

步驟3.2：紅外攝像模組拍攝得到包含其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像。

步驟4：算法單元連續(xù)不斷地將相鄰兩幀圖像的每一像素點(diǎn)的亮度信號(hào)逐一作幀間差分計(jì)算，獲得亮度差值信號(hào)yt；

幀間差分計(jì)算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)

上式中，yt為目標(biāo)圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yf為紅外偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yb為基準(zhǔn)偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

將得到的每個(gè)像素點(diǎn)的差值亮度信號(hào)進(jìn)行幀間差分計(jì)算，將得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像。

進(jìn)一步地，控制單元為具有同步拍攝功能的紅外攝像模組的控制電路或者獨(dú)立控制芯片。

本發(fā)明具有如下有益效果：該抗干擾攝像模組有效解決了gamma校正帶來(lái)的失真問題和不法分子紅外強(qiáng)光反干擾而導(dǎo)致畫面局部過曝光而無(wú)法看清楚的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)方法流程圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：紅外發(fā)生裝置1，控制單元2，紅外攝像模組3，算法單元4，第一偏振片5，第二偏振片6，被拍攝物體7。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，不是對(duì)本發(fā)明的限定。

本發(fā)明提供一種紅外攝像抗干擾的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟：

步驟（1）、獲取任意相鄰兩幀圖像：其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像；偏振圖像可以減少和消除發(fā)表光物體表面的反光，對(duì)偏振方向不同的光線進(jìn)行過濾，即可減弱不法分子紅外強(qiáng)光反干擾，防止過度曝光現(xiàn)象，提高抗干擾能力。

步驟（2）、通過幀間差分計(jì)算獲得目標(biāo)圖像：將相鄰兩幀圖像的每一像素點(diǎn)的亮度信號(hào)逐一作幀間差分計(jì)算，

已知gamma變換公式為：

y=gamma(y)

y為某點(diǎn)的亮度輸出值；

y為某點(diǎn)的亮度輸入值；

由于gamma曲線是固定的、確定的，且其輸入與輸出是一一對(duì)應(yīng)的，故gamma變換存在反函數(shù)：

y=gamma^-1y

已知基準(zhǔn)偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值yb；可求得其gamma變換前的基準(zhǔn)偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)亮度輸入值yb；

yb=gamma^-1yb

已知紅外偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值yf，可求得其gamma變換前紅外偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸入值yf：

yf=gamma^-1yf

對(duì)于目標(biāo)圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸入值yt，則有

yt=yf-yb

對(duì)于目標(biāo)圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值yt，則有

yt=gamma（yt）=gamma（yf-yb）

即幀間差分計(jì)算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)

先將相鄰兩幀圖像所得亮度值通過gamma逆變換后再將變換后的結(jié)果相減，所得相減結(jié)果再進(jìn)行g(shù)amma變換，最后獲得的亮度值可以完全消除gamma校正所帶來(lái)的影響，即可消除日光的強(qiáng)度變化、日光照射角度變化帶來(lái)的影響，進(jìn)一步提高抗干擾能力，使所得圖像更逼真。

將得到的每個(gè)像素點(diǎn)的差值亮度信號(hào)進(jìn)行幀間差分計(jì)算，將得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像，所得目標(biāo)圖像不僅減弱不法分子紅外強(qiáng)光反干擾，防止過曝現(xiàn)象產(chǎn)生，還徹底消除了圖像中的日光成分，同時(shí)完全消除紅外強(qiáng)光反干擾時(shí)過度曝光留下的殘影，完全杜絕紅外強(qiáng)光反干擾，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗干擾性。

進(jìn)一步地，如圖1所示，步驟（1）具體包括：

步驟1：控制單元2發(fā)出同步脈沖控制信號(hào)至紅外發(fā)生裝置1和紅外攝像模組3，同時(shí)執(zhí)行步驟2.1和步驟3.1；紅外發(fā)射裝置和紅外攝像模組3前均設(shè)置有偏振方向相同的偏振片；

值得注意的是，本發(fā)明對(duì)所述紅外攝像模組沒有特別的限制，現(xiàn)有的紅外攝像模組均可適用。一般地，所述紅外攝像模組由af模組、鏡頭、馬達(dá)、紅外透過濾光片、感光芯片等基本結(jié)構(gòu)組成。

步驟2.1：控制單元2中的分頻整形電路將同步脈沖控制信號(hào)的頻率將為1/2，經(jīng)整形后得到開關(guān)脈沖信號(hào)，將該開關(guān)脈沖信號(hào)輸出到紅外發(fā)生裝置1，控制電路通斷；

步驟2.2：紅外發(fā)生裝置1發(fā)出經(jīng)同步脈沖控制信號(hào)調(diào)制的紅外光照射到被拍攝物7上；

步驟3.1：紅外攝像模組3將同步脈沖控制信號(hào)作為幀頻來(lái)實(shí)現(xiàn)同步拍攝；

由于紅外發(fā)生裝置1發(fā)出的紅外光的頻率等于攝像頭的幀頻的1/2，在一段連續(xù)的視頻中，任意相鄰的兩幀圖像有一幀是在紅外光環(huán)境下拍攝，另一幀圖像是在不含紅外光的自然環(huán)境下拍攝；連續(xù)兩幀圖像的時(shí)間間隔極短，所以兩幀圖像時(shí)間間隔內(nèi)日光成分的變化可忽略不計(jì)；

步驟3.2：紅外攝像模組3拍攝得到紅外光環(huán)境下的紅外偏振圖像和自然光環(huán)境下的基準(zhǔn)偏振圖像。

進(jìn)一步地，如圖1和圖2所示，本發(fā)明還提供了一種紅外攝像抗干擾裝置，包括依次電路連接的紅外發(fā)生裝置1、控制單元2、紅外攝像模組3和算法單元4；

該裝置還包括設(shè)置于紅外發(fā)生裝置1前的第一偏振片5和設(shè)置于紅外攝像模組3前第二偏振片6；所述第一偏振片5與所述第二偏振片6偏振方向相同；第一偏振片5可以將紅外發(fā)生裝置1的大部分光線過濾，只通過與偏振片偏振方向相同的光線，第二偏振片6可減弱紅外強(qiáng)光干擾，防止過度曝光現(xiàn)象，通過第一偏振片5透過的偏振光。

紅外發(fā)生裝置1與控制單元2連接，發(fā)出紅外光線；

控制單元2控制紅外發(fā)生裝置1的通斷；

紅外攝像模組3拍攝得到其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像，所得紅外偏振圖像和基準(zhǔn)偏振圖像由于偏振片的作用，已過濾大部分與偏振片偏振方向不同的光線，即可實(shí)現(xiàn)抗紅外強(qiáng)光干擾功能；

算法單元4通過對(duì)紅外偏振圖像和基準(zhǔn)偏振圖像進(jìn)行幀間差分計(jì)算，得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像，通過算法單元4對(duì)兩幀圖像進(jìn)行計(jì)算，消除圖像中的日光成分；

獲取目標(biāo)圖像步驟如下：

步驟1：控制單元2發(fā)出同步脈沖控制信號(hào)至紅外發(fā)生裝置1和紅外攝像模組3，同時(shí)執(zhí)行步驟2.1和步驟3.1；

步驟2.1：控制單元2中的分頻整形電路將同步脈沖控制信號(hào)的頻率將為1/2，經(jīng)整形后得到開關(guān)脈沖信號(hào)，將該開關(guān)脈沖信號(hào)輸出到紅外發(fā)生裝置1，控制電路通斷；

步驟2.2：紅外發(fā)生裝置1發(fā)出經(jīng)同步脈沖控制信號(hào)調(diào)制的紅外光照射到被拍攝物7上；

步驟3.1：紅外攝像模組3將同步脈沖控制信號(hào)作為幀頻來(lái)實(shí)現(xiàn)同步拍攝；

由于紅外發(fā)生裝置1發(fā)出的紅外光的頻率等于攝像頭的幀頻的1/2，在一段連續(xù)的視頻中，任意相鄰的兩幀圖像有一幀是在紅外led發(fā)光期間拍攝，另一幀圖像是在紅外led不發(fā)光期間拍攝；連續(xù)兩幀圖像的時(shí)間間隔期間內(nèi)日光成分的變化忽略不計(jì)；

步驟3.2：紅外攝像模組3拍攝得到包含其中一幀圖像為在紅外光環(huán)境下拍攝得到的紅外偏振圖像，另一幀圖像為在自然光環(huán)境下拍攝得到的基準(zhǔn)偏振圖像。

步驟4：算法單元4連續(xù)不斷地將相鄰兩幀圖像的每一像素點(diǎn)的亮度信號(hào)逐一作幀間差分計(jì)算，獲得亮度差值信號(hào)yt；

幀間差分計(jì)算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)，

上式中，yt為目標(biāo)圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yf為紅外偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

yb為基準(zhǔn)偏振圖像中(m,n)處像素點(diǎn)的亮度輸出值；

先將相鄰兩幀圖像所得亮度值通過gamma逆變換后再將變換后的結(jié)果相減，所得相減結(jié)果再進(jìn)行g(shù)amma變換，最后獲得的亮度值可以完全消除gamma校正所帶來(lái)的影響，即可消除日光的強(qiáng)度變化、日光照射角度變化帶來(lái)的影響，進(jìn)一步提高抗干擾能力，使所得圖像更逼真。

在紅外發(fā)射裝置1和紅外攝像模組3前設(shè)置偏振方向相同的偏振片，同時(shí)將得到的每個(gè)像素點(diǎn)的差值亮度信號(hào)進(jìn)行幀間差分計(jì)算，將得到只有紅外光補(bǔ)光成分的目標(biāo)圖像，偏振片與幀間差分計(jì)算的協(xié)同作用，使所得目標(biāo)圖像不僅有效減弱不法分子紅外強(qiáng)光反干擾，防止過曝現(xiàn)象產(chǎn)生，還徹底消除了圖像中的日光成分，同時(shí)完全消除紅外強(qiáng)光反干擾時(shí)過度曝光留下的殘影，完全杜絕紅外強(qiáng)光反干擾，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗干擾性。如果只對(duì)圖像進(jìn)行幀間差分計(jì)算，而沒有在紅外發(fā)射裝置1和紅外攝像模組3前設(shè)置偏振方向相同的偏振片，只能消除日光成分造成的影響，當(dāng)不法分子使用紅外強(qiáng)光反干擾時(shí)，將使所得圖像出現(xiàn)過曝現(xiàn)象，出現(xiàn)亮斑，無(wú)法消除紅外反干擾造成的斑點(diǎn)所留下的殘影，從而造成圖片不清晰，質(zhì)量下降；同樣地，如果只在紅外攝像模組3前設(shè)置偏振片，而沒有對(duì)所得圖像進(jìn)行幀間差分計(jì)算，只能過濾普通紅外線光，無(wú)法消除日光成分對(duì)圖片質(zhì)量造成的影響，且當(dāng)不法分子使用紅外強(qiáng)光反干擾時(shí)，由于光線過強(qiáng)，偏振片無(wú)法對(duì)其進(jìn)行完全過濾，所得圖像也會(huì)有部分干擾光留下的殘影。

進(jìn)一步地，控制單元2為具有同步拍攝功能的紅外攝像模組3的控制電路或者獨(dú)立控制芯片，控制單元2可以作為獨(dú)立的控制芯片安裝使用，也可以使用具有同步拍攝功能的紅外攝像模組3的控制電路進(jìn)行控制。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。