本發(fā)明涉及一種基于InGaAs探測(cè)器的近紅外成像系統(tǒng)，在不同光照條件下實(shí)時(shí)調(diào)整積分時(shí)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(guò)曝或者圖像灰暗。
背景技術(shù)：
：InGaAs探測(cè)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(qiáng)于夜天空在可見(jiàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)霧霾天氣中目標(biāo)的觀測(cè)，有效的提高在惡劣天氣條件下的目標(biāo)觀測(cè)距離和效果。介于近紅外波段成像特點(diǎn)，光照特別是太陽(yáng)光照對(duì)于探測(cè)器成像影響很大，在白天以及夜間探測(cè)器成像需要的積分時(shí)間有很大的差別。而且在白天成像也因?yàn)闅夂蛟驅(qū)τ谇缣?、陰天、霧霾天、雨雪天氣有不同的積分時(shí)間要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)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(shí)間，還可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無(wú)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(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)，包括InGaAs探測(cè)器、探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊、積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊的輸入端與InGaAs探測(cè)器的輸出端相連，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊的輸出端分別與積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊相連，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)InGaAs探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行分析處理并輸出信號(hào)至積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)積分時(shí)間和幀頻進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)，還包括補(bǔ)光的1550nm激光器，1550nm激光器與探測(cè)器相連。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)，所述積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊包括粗調(diào)模塊、細(xì)調(diào)模塊，粗調(diào)模塊以ms為單位調(diào)節(jié)積分時(shí)間，細(xì)調(diào)模塊以100ns為單位調(diào)節(jié)積分時(shí)間。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)，所述輸出信號(hào)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(jì)模塊、時(shí)域?yàn)V波模塊和探測(cè)器響應(yīng)值判斷模塊，幀間平滑濾波模塊輸入端與InGaAs探測(cè)器相連，探測(cè)器響應(yīng)值判斷模塊的輸出端與積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊相連。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述近紅外系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，InGaAs探測(cè)器采集周?chē)h(huán)境圖像,探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)采集到的圖像進(jìn)行分析處理并向積分時(shí)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(shí)間調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收信號(hào)對(duì)積分時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)幀頻調(diào)節(jié)模塊對(duì)幀頻進(jìn)行調(diào)整；幀頻調(diào)整的過(guò)程為：幀頻調(diào)節(jié)模塊判斷在50hz幀頻下的最長(zhǎng)積分時(shí)間內(nèi)有無(wú)信號(hào)輸出和信號(hào)輸出的強(qiáng)度，若沒(méi)有信號(hào)輸出或者信號(hào)讀出強(qiáng)度不能滿足成像要求，則降低幀頻，并在該幀頻下的最長(zhǎng)積分時(shí)間內(nèi)持續(xù)判斷信號(hào)讀出強(qiáng)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(hào)讀出強(qiáng)度可以滿足成像要求或者積分時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)采集圖像進(jìn)行分析處理的過(guò)程為:首先對(duì)接收到的探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行幀間濾波；然后分析每幀圖像的直方圖并統(tǒng)計(jì)，直方圖與響應(yīng)值成正比關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況判斷探測(cè)器在一定積分時(shí)間內(nèi)的整體響應(yīng)；最后取出響應(yīng)最高的20%來(lái)判斷當(dāng)前響應(yīng)值的灰度范圍。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，在探測(cè)器響應(yīng)值判斷的時(shí)候進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理判斷。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，積分時(shí)間調(diào)整模塊調(diào)節(jié)積分時(shí)間的過(guò)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(shí)間不調(diào)整，若圖像為飽和狀態(tài)則對(duì)積分時(shí)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(duì)積分時(shí)間遞增，直到圖像為正常狀態(tài)。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，在探測(cè)器響應(yīng)值完全沒(méi)有差異和變化范圍過(guò)快的區(qū)間，積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，積分時(shí)間以ms為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)；在探測(cè)器響應(yīng)值緩慢變化的區(qū)間，積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)，積分時(shí)間以100ns為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，在全黑條件下，增加無(wú)紅曝的1550nm激光器補(bǔ)光。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明能夠根據(jù)探測(cè)器響應(yīng)值的灰度范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間，同時(shí)為了適應(yīng)InGaAs探測(cè)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(shí)間的同時(shí)調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無(wú)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(shí)考慮到調(diào)節(jié)效率和圖像閃爍現(xiàn)象，增加時(shí)域?yàn)V波功能，并對(duì)調(diào)節(jié)速率進(jìn)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(bǔ)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(shuō)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(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)的原理框圖；圖3為探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊的原理框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的限定。實(shí)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(cè)器、AD轉(zhuǎn)換芯片、主控芯片和視頻編碼芯片，探測(cè)器采集模擬視頻信號(hào)并輸出值A(chǔ)D轉(zhuǎn)換芯片，AD轉(zhuǎn)換芯片對(duì)模擬視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字視頻信號(hào)，主控芯片采用FPGA，主要完成近紅外探測(cè)器驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出、視頻信號(hào)的組幀、非均勻校正等一系列視頻處理過(guò)程，最終輸出編碼后的視頻信號(hào)，視頻信號(hào)鏡視頻編碼芯片編碼后輸出標(biāo)準(zhǔn)PAL制視頻。現(xiàn)有近紅外成像系統(tǒng)在主控芯片中對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、標(biāo)準(zhǔn)PAL制式輸出，主控芯片需要50Hz的視頻采集速率，每幀有20ms時(shí)間。20ms內(nèi)需要完成探測(cè)器的積分、讀出、數(shù)據(jù)的組幀以及后續(xù)處理。其積分時(shí)間被固定在20ms以內(nèi)，無(wú)法根據(jù)不同光照條件進(jìn)行積分時(shí)間的調(diào)整，影響成像效果。本實(shí)施例中公開(kāi)一種可以自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的近紅外系統(tǒng)，包括InGaAs探測(cè)器、探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊、積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊的輸入端與InGaAs探測(cè)器的輸出端相連，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊的輸出端分別與積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊相連，探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)InGaAs探測(cè)器的輸出信號(hào)進(jìn)行分析處理并輸出信號(hào)至積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊，積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊和幀頻調(diào)節(jié)模塊根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)積分時(shí)間和幀頻進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于夜間成像效果，在全黑條件下，即使將積分時(shí)間加到最長(zhǎng)，也無(wú)法探測(cè)到有效信息。此時(shí)可以加無(wú)紅曝的1550nm激光器補(bǔ)光，補(bǔ)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(huì)較暗，但此時(shí)即使積分時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)仍然無(wú)法在暗區(qū)得到有效信息，因此僅考慮激光補(bǔ)光區(qū)域即可。本實(shí)施例中，所述積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊包括粗調(diào)模塊、細(xì)調(diào)模塊，粗調(diào)模塊以ms為單位調(diào)節(jié)積分時(shí)間，細(xì)調(diào)模塊以100ns為單位調(diào)節(jié)積分時(shí)間。通過(guò)控制調(diào)節(jié)速率，可以提高調(diào)節(jié)效率，同時(shí)避免圖像閃爍現(xiàn)象。本實(shí)施例中，所述輸出信號(hào)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(jì)模塊、時(shí)域?yàn)V波模塊和探測(cè)器響應(yīng)值判斷模塊，幀間平滑濾波模塊輸入端與InGaAs探測(cè)器相連，探測(cè)器響應(yīng)值判斷模塊的輸出端與積分時(shí)間調(diào)節(jié)模塊相連。實(shí)施例2本實(shí)施例中公開(kāi)了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間的方法，該方法通過(guò)InGaAs探測(cè)器采集周?chē)h(huán)境圖像,探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后根據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖信息對(duì)積分時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。在自適應(yīng)調(diào)整時(shí)同時(shí)考慮到幀頻的調(diào)整，以適應(yīng)InGaAs探測(cè)器適用于不同光照條件下大范圍的響應(yīng)特性。對(duì)于調(diào)整速度，通過(guò)對(duì)響應(yīng)值直方圖信息的判斷，采用兩種速度來(lái)同時(shí)滿足效率以及用戶體驗(yàn)的要求。具體為：S01、首先InGaAs探測(cè)器采集周?chē)h(huán)境圖像,探測(cè)器輸出信號(hào)分析模塊對(duì)接收到的探測(cè)器輸出信號(hào)進(jìn)行幀間濾波；S02、然后直方圖統(tǒng)計(jì)模塊分析每幀圖像的直方圖并統(tǒng)計(jì)，直方圖與響應(yīng)值成正比關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況判斷探測(cè)器在一定積分時(shí)間內(nèi)的整體響應(yīng)；S03、考慮到芯片本身可能會(huì)有壞點(diǎn)等響應(yīng)不正常的點(diǎn)，單純?nèi)∽罡唔憫?yīng)值可能會(huì)有誤判，因此取出響應(yīng)最高的20%來(lái)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(shí)施例中，設(shè)定高范圍閾值為3.5V對(duì)應(yīng)的灰度值，低范圍閾值為1.5V對(duì)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(shí)間不調(diào)整，若圖像為飽和狀態(tài)則對(duì)積分時(shí)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(duì)積分時(shí)間遞增，直到圖像為正常狀態(tài)?？紤]到實(shí)時(shí)調(diào)整積分時(shí)間的要求，如果每幀圖像都進(jìn)行判斷或處理，則調(diào)節(jié)速度過(guò)快，調(diào)節(jié)過(guò)于敏感，在場(chǎng)景監(jiān)控時(shí)可能會(huì)使視頻出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。如果調(diào)節(jié)速度過(guò)慢則不利于實(shí)時(shí)觀測(cè)，失去實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的意義；因此在探測(cè)器響應(yīng)值判斷的時(shí)候添加時(shí)域?yàn)V波功能，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理判斷。在進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候，根據(jù)調(diào)節(jié)后的直方圖反饋信息對(duì)調(diào)節(jié)速率進(jìn)行控制。為提高調(diào)節(jié)效率，同時(shí)考慮到圖像閃爍現(xiàn)象，在探測(cè)器響應(yīng)值輸出完全沒(méi)有差異和變化范圍過(guò)快的區(qū)間進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，積分時(shí)間以ms為單位變化；在緩慢的變化中進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)，此時(shí)的調(diào)節(jié)速度可以慢一些，積分時(shí)間以100ns為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)。對(duì)于夜間成像效果，在全黑條件下，即使將積分時(shí)間加到最長(zhǎng)，也無(wú)法探測(cè)到有效信息。此時(shí)可以加無(wú)紅曝的1550nm激光器補(bǔ)光，補(bǔ)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(huì)較暗，但此時(shí)即使積分時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)仍然無(wú)法在暗區(qū)得到有效信息，因此僅考慮激光補(bǔ)光區(qū)域即可。這也是為什么前面考慮直方圖累計(jì)效果時(shí)只參考響應(yīng)值高的20%進(jìn)行判斷。針對(duì)夜間監(jiān)控，不考慮加激光補(bǔ)光時(shí)的情況，針對(duì)全黑場(chǎng)景添加同時(shí)調(diào)節(jié)幀頻模塊。研究InGaAs探測(cè)器的成像特性，積分時(shí)間需要在0-40ms甚至更長(zhǎng)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。在白天光照充足的情況下，積分時(shí)間僅需要1ms甚至更短；在夜間無(wú)光照條件下，積分時(shí)間需要調(diào)節(jié)到40ms。顯然，40ms的積分時(shí)間無(wú)法輸出幀頻為50Hz的視頻信號(hào)，因此采用自適應(yīng)改變幀頻的方法來(lái)滿足積分時(shí)間的要求，以下是本系統(tǒng)的幀頻和對(duì)應(yīng)積分時(shí)間關(guān)系。表1幀頻與積分時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系幀頻50Hz25Hz12.5Hz積分時(shí)間調(diào)節(jié)范圍0-2.6ms0-20ms0-40ms在直方圖判斷過(guò)程中，如果50Hz幀頻下的最長(zhǎng)積分時(shí)間無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)輸出，則將幀頻自動(dòng)降為25Hz并從最長(zhǎng)積分時(shí)間開(kāi)始判斷信號(hào)讀出強(qiáng)度，繼續(xù)判斷信號(hào)的強(qiáng)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(dá)到積分時(shí)間的要求。以上判斷直到積分時(shí)間可以滿足成像要求，或者積分時(shí)間達(dá)到最長(zhǎng)。本發(fā)明能夠根據(jù)探測(cè)器響應(yīng)值的灰度范圍自動(dòng)調(diào)節(jié)積分時(shí)間，同時(shí)為了適應(yīng)InGaAs探測(cè)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(shí)間的同時(shí)調(diào)節(jié)幀頻，使近紅外系統(tǒng)無(wú)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(shí)考慮到調(diào)節(jié)效率和圖像閃爍現(xiàn)象，增加時(shí)域?yàn)V波功能，并對(duì)調(diào)節(jié)速率進(jìn)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(bǔ)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(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和替換，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3