專利名稱：一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及夜視攝像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀。
技術(shù)背景目前，國內(nèi)夜視攝像機(jī)技術(shù)的研究和應(yīng)用已有了較大發(fā)展，主要發(fā)展方向大概可以劃分為熱紅外成像技術(shù)、微光夜視技術(shù)和黑光夜視攝像技術(shù)三大類型。其中，紅外夜視攝像機(jī)因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)滿足白天和黑夜環(huán)境下拍攝畫面的要求被大量廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控中。紅外線是指波長為0. 76-1000微米的電磁波，位于可見光光譜紅色以外，是不可見光線，又稱紅外輻射。其中波長為0.76-2.0微米的部分稱為近紅外，波長為2. 0-1000微米的部分稱為熱紅外線。自然界中，所有高于絕對(duì)零度(-273. 15°C)的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線。因此利用紅外夜視探測儀測量目標(biāo)本身與背景間的紅外線差可以得到不同的熱紅外線形成的紅外圖像。紅外攝像技術(shù)分為被動(dòng)紅外攝像技術(shù)和主動(dòng)紅外攝像技術(shù)。被動(dòng)紅外攝像技術(shù)是利用任何物質(zhì)在絕對(duì)零度(_273°C)以上都發(fā)射紅外光的原理，人體和熱機(jī)發(fā)出的紅外光較強(qiáng)，其它物體發(fā)出的紅外光相對(duì)微弱，利用特殊的熱紅外夜視儀可以實(shí)現(xiàn)夜間監(jiān)控。但這種特殊的熱紅外夜視儀造價(jià)昂貴，而且不能直觀、清晰地反映周圍環(huán)境狀況，因此在通常的夜視系統(tǒng)中較少被采用。主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，即利用紅外燈來產(chǎn)生紅外輻射，發(fā)出人眼看不見的紅外光去照射景物和環(huán)境，一般應(yīng)用黑白攝像機(jī)去感受周圍景物反射回來的紅外光，從而實(shí)現(xiàn)夜視功能。但是，目標(biāo)的熱圖像和目標(biāo)的可見光圖像不同，紅外熱成像使人眼不能直接看到表面溫度分布，變成可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像，它不是人眼所能看到的可見光圖像，而是表面溫度分布圖像。微光夜視技術(shù)主要是將目標(biāo)反射的微弱光線，經(jīng)物鏡會(huì)聚后在像增強(qiáng)器的陰極面上成像，逐級(jí)放大并將紅外光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽?，在最后一?jí)的熒光屏上形成有足夠亮度和清晰度的圖像，供使用者觀察。微光夜視儀的主要部件是像增強(qiáng)器，其工作原理與變像管相似，也是一種光-電-光轉(zhuǎn)換過程。兩者的區(qū)別是變像管對(duì)紅外光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，像增強(qiáng)器則側(cè)重對(duì)微弱的可見光增強(qiáng)，以便于人眼觀察。微光夜視儀最大優(yōu)點(diǎn)在于不需配帶光源，而是利用目標(biāo)反射的自然微光作被動(dòng)式工作，故自身隱蔽性好，且成像效果好。但是，微光夜視儀看到是的黑白圖象，且不可以在白天用。黑光夜視技術(shù)采用克服了紅外光暴問題的黑光發(fā)射組件，利用感紅外的攝像機(jī)配合黑光發(fā)射組件來進(jìn)行圖像拍攝。所謂紅外光暴現(xiàn)象是指紅外發(fā)光管，在工作時(shí)，發(fā)出大量的紅外光，同時(shí)也可以看到紅光，給人以發(fā)出可見紅光的感覺，暴露了紅外發(fā)光管的隱蔽性的現(xiàn)象。黑光夜視技術(shù)在圖像畫質(zhì)和隱蔽性方面都有很大提高，但是其拍攝距離不夠遠(yuǎn)，無法克服水面對(duì)紅外光的吸收等環(huán)境干擾。民用夜視技術(shù)起步不久，采用的夜視技術(shù)主要是熱紅外成像技術(shù)、微光夜視技術(shù)和黑光夜視攝像技術(shù)，由于在室外的工業(yè)監(jiān)控環(huán)境下夜視攝像作用距離相對(duì)要求較高，而且需要非常清晰的圖像分辨率，熱紅外成像、微光夜視技術(shù)不能滿足該監(jiān)控環(huán)境下的要求，而且價(jià)格昂貴，因此市場占有率很小。黑光夜視攝像技術(shù)雖然相對(duì)前兩種技術(shù)在拍攝圖像清晰度方面有所提高，但是攝像距離仍然達(dá)不到特定工業(yè)環(huán)境下的要求，且無法克服水面吸收等環(huán)境干擾。許多重要領(lǐng)域都需要安裝監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)，而當(dāng)監(jiān)控者夜晚進(jìn)入監(jiān)控范圍，必須啟動(dòng)現(xiàn)場燈光才能看清目標(biāo)，而突然間燈光出現(xiàn)，必然嚇跑入侵者，往往是捕獲圖像不清或根本看不到入侵者，并且容易暴露目標(biāo)。利用紅外燈輔助雖然也能看到目標(biāo)，但都不能克服紅外光的紅外光暴問題，不能隱蔽觀察，容易暴露目標(biāo)。所以，大部分監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)白天不太需要時(shí)正常工作，夜晚由于看不見目標(biāo)，攝像機(jī)失去應(yīng)有的作用，給偵破案件造成困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的夜視攝像儀達(dá)不到特定工業(yè)要求，不能在黑暗室外的工業(yè)監(jiān)控環(huán)境下清楚捕獲目標(biāo)的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型的一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，包括外罩、安裝板、鏡頭、CXD成像組件和數(shù)字信號(hào)處理組件。所述安裝板固定于所述外罩內(nèi)底側(cè)，所述CXD成像組件通過與所述安裝板固定連接進(jìn)而固定于所述外罩內(nèi)部；所述鏡頭與所述CCD成像組件的輸入端固定連接，所述CCD成像組件的輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理組件電性連接，所述鏡頭攝入的圖像經(jīng)所述CXD成像組件成像后將圖像信號(hào)傳遞至所述數(shù)字信號(hào)處理組件，所述數(shù)字信號(hào)處理組件用于對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)多幀累積計(jì)算，輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)；所述外罩上設(shè)有電纜出口，用于接入電源和輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。其中，所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀還包括保護(hù)鋼化玻璃，所述保護(hù)鋼化玻璃固定連接在所述外罩上，位于所述鏡頭的前方，用于保護(hù)所述鏡頭。其中，所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，還包括熱交換裝置，所述熱交換裝置安裝于所述外罩內(nèi)側(cè)面。其中所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，還包括遮陽板，所述遮陽板遮擋于所述外罩上方。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型提供的一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀將經(jīng)過CXD成像組件成像的圖像信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)處理組件進(jìn)行自適應(yīng)多幀累積計(jì)算后輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在照度較低的情況下清晰成像。

圖I為本實(shí)用新型的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀的一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2為本實(shí)用新型的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀的一種更優(yōu)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖3為本實(shí)用新型的數(shù)字信號(hào)處理組件的自適應(yīng)多幀累積算法的流程圖。
具體實(shí)施方式
[0022]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。參見圖1，作為一種可實(shí)施方式，本實(shí)用新型提供的一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，包括外罩I、安裝板2、鏡頭3、CO)(Charge-coupled Device,電荷稱合元件)成像組件4和數(shù)字信號(hào)處理組件5。所述外罩為一桶狀結(jié)構(gòu)。所述安裝板2固定于所述外罩I內(nèi)底側(cè)，固定方式可以為通過螺釘固定連接或焊接。所述CCD成像組件4通過與所述安裝板2固定連接進(jìn)而固定于所述外罩I內(nèi)部，作為一種可實(shí)施方式，所述CCD成像組件4與所述安裝板2之間通過螺釘連接。所述鏡頭3與所述CXD成像組件4的輸入端固定連接，固定連接的方式為通過專用接口卡接或套接。所述CXD成像組件4的輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理組件5電性連接，所述鏡頭3攝入的圖像經(jīng)所述CXD成像組件4成像后將圖像信號(hào)傳遞至所述數(shù)字信號(hào)處理組件5，所述數(shù)字信號(hào)處理組件5用于對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)多幀累積計(jì)算，輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)(CVBS,Composite Video Broadcast Signal)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。作為一種可實(shí)施方式，所述數(shù)字信號(hào)處理組件選用TI Davinci DM6467作為圖像處理組件，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)多幀累積算法以及相關(guān)圖像編碼算法。所述外罩I上設(shè)有電纜出口，用于接入電源和輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。參見圖2，作為一種更優(yōu)實(shí)施方式，本實(shí)用新型提供的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀包括外罩I、安裝板2、鏡頭3、CXD成像組件4、數(shù)字信號(hào)處理組件5、保護(hù)鋼化玻璃6、熱交換裝置7和遮陽板8。桶狀的外罩I尾端設(shè)有電纜出口，鏡頭3、CXD成像組件4以及數(shù)字信號(hào)處理組件5固定在安裝板2上，安裝板2固定在所述外罩內(nèi)部底側(cè)。CXD成像組件4通過專用接口與鏡頭3連接，CXD成像組件4有圖像信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)處理組件5，電源、信號(hào)控制所用的電纜均通過外罩I尾部的電纜出口接入或接出。在本實(shí)施方式中，所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀還包括保護(hù)鋼化玻璃6，所述保護(hù)鋼化玻璃6固定連接在所述外罩I上，位于所述鏡頭3的前方，用于保護(hù)所述鏡頭3。在本實(shí)施方式中，所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀還包括熱交換裝置7，所述熱交換裝置7安裝于所述外罩I內(nèi)側(cè)面。作為一種可實(shí)施方式，所述熱交換裝置7為風(fēng)扇。在本實(shí)施方式中，所述被動(dòng)式紅外夜視攝像儀還包括遮陽板8，所述遮陽板8遮擋于所述外罩I上方。用于防止鏡頭上方的光線過強(qiáng)而影響鏡頭的采象。本實(shí)用新型的數(shù)字信號(hào)處理組件所使用的自適應(yīng)多幀累積算法，參見圖3，作為一種可實(shí)施方式，包括步驟A，采取自適應(yīng)算法計(jì)算最佳累積幀數(shù)，所述最佳累積幀數(shù)為使得圖像清晰度滿足預(yù)設(shè)要求且噪聲最小時(shí)的累積幀數(shù)。在進(jìn)行多幀累積算法之前，需要確定累計(jì)幀數(shù)n，具體確定過程可參考如下因素a)傳感器噪聲對(duì)圖像的信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生一定程度的影響，尤其在CCD傳感器電荷轉(zhuǎn)移過程中引入的噪聲對(duì)信號(hào)質(zhì)量有較大的影響。由于此噪聲較大，對(duì)信號(hào)特別是對(duì)弱信號(hào)影響很大，為了減少此噪聲對(duì)累積信號(hào)的影響，可采用抑制隨機(jī)噪聲的電路系統(tǒng)及外圍控制裝置，有效提高信噪比。b)(XD成像組件本底噪聲的大小直接決定了 CXD的靈敏度，累積法能提高靜態(tài)目標(biāo)的圖像的清晰度。c)由于電路 的原因以及噪聲原因，幀累積越多，電荷累積會(huì)使噪聲也增大，對(duì)圖像清晰度影響較大。d)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)累積時(shí)間具有限制。由于在累積時(shí)間內(nèi)目標(biāo)的移動(dòng)會(huì)引起圖像的模糊，因此目標(biāo)的遠(yuǎn)近、移動(dòng)速度、暫停時(shí)間直接影響畫面質(zhì)量，具體表現(xiàn)為損失畫面細(xì)節(jié)。e)背景亮度的不同，對(duì)累積時(shí)間影響較大。若背景光亮度較大，則可不用累積方法。因此，選擇合適的累積幀數(shù)，使圖像達(dá)到最理想的效果。所述計(jì)算累計(jì)幀數(shù)具體包括步驟步驟Al，根據(jù)是否滿足無偏性、單峰性且能反映亮度、清晰度的極性以及對(duì)噪聲敏感度低的原則，選取評(píng)價(jià)函數(shù)。首先選取評(píng)價(jià)函數(shù)。理想的評(píng)價(jià)函數(shù)要求無偏性、單峰性，能反映亮度、清晰度的極性以及對(duì)噪聲敏感度低，計(jì)算量盡可能小等。評(píng)價(jià)函數(shù)主要有三方面組成，亮度，清晰度和噪聲。亮度由信號(hào)功率來體現(xiàn)，噪聲由噪聲功率來體現(xiàn)，清晰度可由圖像的二級(jí)梯度平方函數(shù)來表示。圖像的二級(jí)梯度平方函數(shù)為
G (n) = Yu Z I-S 2x(x,y) + g2y(x,y)]
X y其中g(shù)x(x, y) , gy(x, y)分別表示圖像在水平方向和垂直方向的梯度?？啥x圖像評(píng)價(jià)函數(shù)如下cl (n) = f (S (n), N(n), G (n))上述評(píng)價(jià)函數(shù)為一多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，可以為功效函數(shù)、多元統(tǒng)計(jì)分析函數(shù)、模糊綜合函數(shù)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)型冪函數(shù)指數(shù)公式等，在本實(shí)施方式中，基于簡單可行原則，采用對(duì)數(shù)型冪函數(shù)指數(shù)公式。步驟A2，構(gòu)造自適應(yīng)算法的目標(biāo)函數(shù)，利用目標(biāo)函數(shù)計(jì)算使得所述評(píng)價(jià)函數(shù)達(dá)標(biāo)的累積幀數(shù)。在明確圖像評(píng)價(jià)函數(shù)之后，需要通過盡可能小的計(jì)算量得到累積幀數(shù)。需求盡可能小的計(jì)算量本質(zhì)是一個(gè)優(yōu)化過程，是一個(gè)不斷逼近最優(yōu)目標(biāo)的過程。優(yōu)化過程可以數(shù)學(xué)模型表示，可采用自適應(yīng)算法來表示此優(yōu)化過程。定義目標(biāo)函數(shù)如下e (n) = cl (n) -cl (n-1)F (e (n)) =E (e2 (n))在本實(shí)施方式中，選用最小均方誤差算法(即LMS算法)。LMS算法包括步驟1、設(shè)置變量和參量X(n)為輸入向量，或稱為訓(xùn)練樣本;W(n)為權(quán)值向量；e(n)為偏差；d(n)為期望輸出；y(n)為實(shí)際輸出；n為學(xué)習(xí)速率；n為迭代次數(shù)；2、初始化,賦給w(0)各一個(gè)較小的隨機(jī)非零值，令n = 0 ;3、對(duì)于一組輸入樣本X (n)和對(duì)應(yīng)的期望輸出d,計(jì)算e(n)=d(n)-X~T(n)ff(n) ff(n+l) = W(n) + n X (n) e (n) ;4、判斷是否滿足條件，若滿足算法結(jié)束，若否n增加1，轉(zhuǎn)入第3步繼續(xù)執(zhí)行。B，根據(jù)最佳累積幀數(shù)，將圖像信號(hào)進(jìn)行多幀累積計(jì)算，輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。CXD成像組件利用CXD變積累控制技術(shù)，在低照度情況下，對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行積分，并抑制隨機(jī)噪聲。利用CCD圖像傳感器的電荷累積特性，延長信號(hào)在CCD靶面上累積電荷的時(shí)間，從而提高靈敏度。由于各幀圖像在同一空間位置的信號(hào)是相同的，而隨機(jī)噪聲互不相關(guān)，且服從泊松分布。n幀累積后信號(hào)功率為
權(quán)利要求1.一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，其特征在于，包括外罩、安裝板、鏡頭、C⑶成像組件和數(shù)字信號(hào)處理組件； 所述安裝板固定于所述外罩內(nèi)底側(cè)，所述CCD成像組件通過與所述安裝板固定連接進(jìn)而固定于所述外罩內(nèi)部； 所述鏡頭與所述CCD成像組件的輸入端固定連接，所述CCD成像組件的輸出端與所述數(shù)字信號(hào)處理組件電性連接，所述鏡頭攝入的圖像經(jīng)所述CXD成像組件成像后將圖像信號(hào)傳遞至所述數(shù)字信號(hào)處理組件，所述數(shù)字信號(hào)處理組件用于對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)多幀累積計(jì)算，輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)； 所述外罩上設(shè)有電纜出口，用于接入電源和輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，其特征在于，還包括保護(hù)鋼化玻璃，所述保護(hù)鋼化玻璃固定連接在所述外罩上，位于所述鏡頭的前方，用于保護(hù)所述鏡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，其特征在于，還包括熱交換裝置，所述熱交換裝置安裝于所述外罩內(nèi)側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，其特征在于，還包括遮陽板，所述遮陽板遮擋于所述外罩上方。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種被動(dòng)式紅外夜視攝像儀，包括外罩、安裝板、鏡頭、CCD成像組件和數(shù)字信號(hào)處理組件；安裝板固定于外罩內(nèi)底側(cè)，CCD成像組件通過與安裝板固定連接進(jìn)而固定于外罩內(nèi)部；鏡頭與CCD成像組件的輸入端固定連接，CCD成像組件的輸出端與數(shù)字信號(hào)處理組件電性連接，所述鏡頭攝入的圖像經(jīng)所述CCD成像組件成像后將圖像信號(hào)傳遞至所述數(shù)字信號(hào)處理組件，所述數(shù)字信號(hào)處理組件用于對(duì)所述圖像信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)多幀累積計(jì)算，輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)；外罩上設(shè)有電纜出口，用于接入電源和輸出復(fù)合視頻廣播信號(hào)或壓縮編碼的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)。本實(shí)用新型的被動(dòng)式紅外夜視攝像儀能夠在較低照度下實(shí)現(xiàn)清晰攝像。
文檔編號(hào)H04N5/33GK202475592SQ20112051031
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者杜金生 申請(qǐng)人:北京光展科技發(fā)展有限公司