[发明专利]基于主动光源的图像采集方法及系统

说明书

一、技术领域

本发明属于红外成像技术领域，具体涉及一种基于主动光源的图像采集方法与装置，重点在于解决了红外光源和图像传感器的同步问题，并针对不同光照情况下图像质量的影响，采用自适应的光强度控制，从而获得高质量的红外成像。 

二、背景技术

主动红外成像系统在远程视频监控、辅助驾驶、安全防护、科学研究、安全刑侦、人机交互等领域获得了越来越广泛的应用。视频图像是主动红外成像系统中非常重要的一环，视觉是人类最主要的感觉器官，视觉信息是人们由客观世界获得信息得主要来源之一，占人们五官获得信息量的70％以上，因此，获得高质量的红外图像就显得至关重要。随着控制技术和通信技术的蓬勃发展以及微处理器性能的极大提高，主动红外成像系统及其应用模式有了新的改变，其应用前景及应用范围将越来越广泛。对主动红外成像系统的深入应用研究将会带来巨大的社会效益和经济效益，因此是很有必要。为了改善了图像传感器的成像质量，往往会采用主动红外光源作为补光源，红外光源通常可以常亮模式进行补光，但有时需要针对某些特定应用场景(诸如功耗、背景减除等需求)，要求红外光源能够实现频闪补光。 

主动红外技术所对应的设备是指波长780nm～1000nm的近红外摄像敏感系统。主动式红外成像系统硬件组成主要包括红外光源、低照度图像传感器摄像机、视频采集卡、PC机几个部分。主动式红外成像系统工作原理为：红外光源发出近红外光照射目标，目标对红外光进行反射，经红外滤光片进行光学滤波，由图像传感器完成光信号到电信号的转换，采集卡采集图像传感器输出的电信号转换为特定格式的数字视频信号，通过对图像进行增强处理，用计算机将图像显示出来，从而将不可见的红外图像转换并增强为可见光图像，即实现了光信号到电信号的转换过程。 

主动红外成像系统利用近红外波段辐射工作有许多优点。主动照明可以充分利用红外探照灯的狭窄光束照明目标，使目标在视场中突出出来，造成与背景较大的反差，从而获得较为清晰的图像。因此在夜间驾驶、观察和瞄准等方面有广阔应用前景。近红外摄像机较红外热像仪价格便宜很多。 

近红外图像一般较暗，由于环境中各种材料的物体对红外光的反射率有很大差异，红外图像的信噪比很低，目标与背景不存在显著差异，边缘模糊，整幅图像噪声较大而且成分复杂，诸多特征如目标轮廓等不显著，这些都造成了红外图像的成像质量比较低，严重影响了后续应用和算法实现效果。这样就需要采用合适的红外光强度控制策略，以适应目标物所特有的光学特性(折射，反射等)，同时由于光照和采集之间的不匹配，所造成的图像过明或过暗，也需要着重考虑。 

本发明针对主动红外成像的原理，公开了一些红外图像成像的关键设计，特别是主动红外光源和图像传感器的控制同步问题，并且通过分析图像特征和外置的光强检测两种方式判别红外光源的强弱，进而反馈控制主动光源的发光强度，改善红外图像的质量。 

三、发明内容

本发明的目的是针对红外成像质量不足的问题，提出了一种有效的基于主动光源的图像采集方法与装置，重点解决了主动红外光源和图像传感器的控制同步问题，使得图像传感器的曝光和主动红外光源的发光同步；并针对不同光照情况下图像质量的影响，采用自适应的光强度控制，从而获得高质量的红外成像。 

本发明的技术方案是：围绕主动红外成像系统设计中两个主要环节：主动红外光源和图像传感器，将主动红外光源和图像传感器之间的配合问题分为两个方面：1)控制同步问题；2)光强的控制问题。本发明公开了一种有效的自适应同步和光强控制方法和装置，可以获得高质量的红外成像效果。 

图1给出了本发明的系统功能结构图。系统由主动红外光源单元、同步和光强控制单元、自适应同步和光强检测单元、以及图像传感器单元四部分组成。具体来说， 

(1)主动红外光源单元的功能是接收同步和光强度控制单元的控制信号，根据规定的时钟周期和发光强度，实现红外光源的开闭和强度控制。 

(2)同步和光强控制单元主要负责产生主动红外光源的同步控制时序和控制发光强度，同时可以调节图像传感器单元的曝光时间、快门间隔、分辨率等控制参数，经过相关的处理，设置同步和光强度控制单元，进而控制主动红外光源的发光时序