[发明专利]一种幽光高温工业内窥镜取像方法及系统

说明书

本发明公开了一种幽光高温工业内窥镜取像方法及系统，通过获取工业炉窑内的数字图像，并构成原始视频流，对原始视频流进行三维梳状滤波，对三维梳状滤波后的视频流进行高亮视频合成，获得高亮视频流以及对高亮视频流中的图像帧进行白平衡处理，从而获得高质量的炉内图像，解决了在极弱光条件下，工业炉窑内图像成像亮度不足、细节模糊、轮廓不清的技术问题，且设计的保真度函数、一致性函数和正则化函数，利用了优化图像与原图像的强相关性，达到了在保证增强图像亮度的同时，消除增强图像中出现的重影的目的，有效地提高了增强图像的图像质量。

技术领域

本发明主要涉及高温工业内窥镜技术领域，特指一种幽光高温工业内窥镜取像方法及系统。

背景技术

工业炉窑是重要的工业生产设备，被广泛应用于诸如建材、冶金、化工等领域，其运行的好坏、效率的高低对产品以及环境都会带来很大的影响。要保证炉窑稳定高效地运行，对其进行监控是一个必不可少的环节。其中，通过高温工业内窥镜对炉窑内部进行成像是一种重要的炉窑监控手段。然而，由于炉窑内环境复杂、光照条件差，对于传统的成像手段，难以采集到满意的炉内图像，无法获取有效的图像用于指导操作人员，难以应用于炉窑的生产监控。为此，设计一种能在极弱光(照度低于0.0001Lux)条件下采集炉窑内图像的工业内窥镜图像采集方法，为生产操作人员提供高质量的炉内运行图像，用于指导生产，根据炉内情况及时做出调整，保障炉窑的稳定运行，提高生产效率。

目前工业内窥镜主要可分为无光源类型和有光源类型。

无光源型工业内窥镜直接利用炉窑内的光照条件进行成像，没有额外的光源补充。如不进行其他处理，这种类型的工业内窥镜将无法应用于极弱光环境的炉窑内的可靠成像。对于无光源类型的内窥镜成像方法的处理有从成像原理进行处理的，这种处理主要是通过红外成像的方法获得炉窑内的红外图像来反映炉窑内的信息；也有从成像后处理上进行的，这种方式主要是通过算法对图像进行增强处理，来提高低照度环境中的图像质量。

有光源型内窥镜采用在前端加装光源的方式，为工作环境补充光源，来提高内窥镜的成像质量。然而，由于炉窑内的环境复杂，单单通过前端的一组LED灯进行补光，会出现光线分散、光损严重等问题，无法为炉窑内的成像提供足够的亮度，对于成像的质量提升作用不大。不仅如此，在炉窑内的高温、高腐蚀环境下，LED的寿命也会收到很大的影响。因此这类成像设备并不适用于炉窑内的成像。

专利公开号CN109031646B的专利是一种同时利用红外光和可见光获取炉窑内部图像信息的工业内窥镜。这项专利通过分光器将取像镜头捕捉到的炉内光线分为红外光和可见光，并分别经过成像管送到对应的成像芯片上来分别获取红外和可见光的数字图像，并传送到上位机。利用这一方法，可以克服炉窑内高温、高粉尘的恶劣环境的影响，获得炉窑内部的图像信息，并且在照度较低的情况下也可以通过红外成像部分获得炉窑内的红外图像信息，用于指导生产人员进行操作。不仅如此，这一方法还可以通过红外图像获取炉窑内的温度信息。所获取到的这些图像信息可以通过上位机获取和利用景深信息来实现三维重构的在线监测功能。但是由于红外图像的轮廓和纹理等细节信息较少，所以该方法在极弱光环境中仅能得到的红外图像提供的信息并不充分，可靠性会有所下降。

专利公开号CN105913404A的专利提出了一种基于帧累计的低照度成像方法。这种方法通过对同一场景获取到的多帧图像进行处理，来提高这一场景图像的信噪比和辨识度，增加低照度条件下的图像质量。该方法具体为：先对图像进行预处理，具体包括白平衡处理、去马赛克、色彩校正和转RGB格式图像；进行完预处理后，会对图像进行Surf特征点匹配，来对图像进行配准；之后对得到的多帧图像进行加权累加，并且每幅图像的权值相同，来保证处理得到的图像不会出现过曝；最后将得到的图像进行Gamma矫正，得到矫正后的图像，这就是通过这一方法最后获得到的图像。通过这一方法获得的图像在信噪比、亮度方面会有提高，并且能够提高清晰度，但是，如果在照度极低的情况下(如幽光环境，照度低于0.0001Lux)，通过这一方法也难以得到亮度足够的图像，并且对多帧图像的叠加可能会使增强图像中出现重影，降低了增强图像的质量。