优化已知光源的检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理领域，并且更具体地，涉及光源检测。
[0002] 发明背景
[0003] 检测光源可能是一个关键的图像处理问题，正如例如检测跑道灯而不管强烈的太 阳辐射的情况。
[0004] 美国专利公开号2012007979公开了一种用于检测机场光发射器的装置，该装置 具有光检测摄像头和处理器，每个光检测摄像头检测电磁频谱内的至少一个单独波段的电 磁辐射，每个光检测摄像头产生多个相应的频谱图像，处理器与光检测摄像头耦合，由此从 频谱图像产生机场光发射器的多频谱图像。多频谱图像包括多维频谱值集合，其中处理器 还通过识别对应于多维频谱值集合的特定频谱特征来确定对应于机场光发射器的不同光 发射特性的多维频谱值集合的组合，其中，处理器根据对应于所确定的组合的多维频谱值 集合中的那些频谱值产生增强图像。US2012007979需要维护机场光发射器和光发射器的特 定频谱特征这两者的数据库，以完成识别。此外，该装置必须在实施识别过程之前执行其相 对于机场的位置的登记过程。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个方面提供了优化对已知光源（如跑道灯）的检测的方法，包括：⑴ 放置多个具有不同频谱带的摄像头以获得相对于包含光源的视野至少部分相同的视场； (ii)由摄像头在不同频谱带捕获光源图像；（iii)针对每个像素和本过程中涉及的所有摄 像头，估计所采集的阳光和所采集的光源的相对比例（fraction)值；及（iv)针对每个像 素，通过对每个像素最小化整体辐射相对于所估计的相对比例值的均方误差估计，获得阳 光和光源的最佳比例值。
[0006] 在实施例中，所捕获的图像可以是视频信号的一部分，该视频信号的大小可以设 置成使得本过程中涉及的所有不同摄像头的所有像素的瞬时视场将具有相同值。此外，本 过程中涉及的所有摄像头的所捕获的图像（例如作为视频信号的一部分）可以被归一化， 使得电压信号与光采集功率的转换率对所有摄像头都是相等的。校准和归一化可以顾及每 个摄像头的曝光时间。
[0007] 本发明的这些、附加的和/或其他的方面和/或优点：在下面的详细描述中进行了 阐述；可能从详细描述可推理；和/或通过本发明的实践可学习。
【附图说明】
[0008] 为更好地理解本发明的实施例，以及示出该实施方式可以如何被付诸实施，现在 将纯粹以举例的方式参考附图，整个附图中类似的标号表示相应的元件或部分。
[0009] 在附图中：
[0010] 图1是根据本发明的一些实施例的、用于检测已知光源的系统的高级示意性框 图；
[0011] 图2A和2B分别是根据本发明的一些实施例的、阳光和来自光源的光的相对于摄 像头带宽的频谱示意图；
[0012] 图3是根据本发明的一些实施例的、示出优化对已知光源的检测的方法的示意性 尚级流程图；
[0013] 图4A描述了根据本发明的一些实施例的所使用的摄像头输出上的视频信号的概 率密度函数；以及
[0014] 图4B描述了根据本发明的一些实施例的采集到的阳光比例"a"的估计的概率密 度函数。
【具体实施方式】
[0015] 现在详细地具体参考附图，要强调的是所示的细节是通过举例的方式以及仅仅出 于对本发明优选实施例进行说明性讨论的目的，并且是为了提供本发明的原理和概念方面 的被认为是最有用和容易理解的描述而提出。在这一点上，没有试图比对基本理解本发明 而言必要的详细程度更加详细地说明本发明的结构细节，结合附图作出的描述使本领域技 术人员明白，本发明的几种形式可以如何在实践中被实施。
[0016] 在详细地解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用上 并不限于如下描述中阐述的或附图中所示的构造细节和部件布置。本发明适用于其它实施 例或正在以各种方式被实践或执行的其它实施例。此外，要理解，这里采用的措辞和术语是 为了描述的目的，而不应被视为限制。
[0017] 图1是根据本发明的一些实施例的用于已知光源90的检测的系统100的高级示 意性框图。在图示的例子中，光源90是着陆区91的跑道灯。光源90可以是白炽灯，或者 可以通过其他装置例如LED来产生光。相对于诸如从周围反射的阳光、月光等环境光或其 它人工或自然光源检测光源90。
[0018] 系统100包括多个具有不同频谱带的、定位成获得相对于包含光源90的视野至少 部分相同的视场115的摄像头110。在视场仅部分重叠的情况下，这种重叠被用于分析。
[0019] 摄像头110被设置以在不同的频谱带捕获光源90的图像。摄像头110的图像可以 相对于增益和量子效率进行归一化，并针对几何效应校正。该图像可以进一步相对于不同 摄像头110的像素大小进行归一化。所捕获的图像可以被调整大小以在所有摄像头110上 产生每个相应像素的相等的瞬时视场。所捕获的图像可以被归一化以产生所有摄像头Iio 的相等的传感器输出电压对光能量输入的转换率。在实施例中，所捕获的图像可以是可被 校准和归一化以顾及到每个摄像头的曝光时间的视频信号的一部分。
[0020] 在实施例中，一些摄像头光学器件可以是通用的，如一些摄像头110可以具有一 组光学器件和若干检测器。例如，摄像头110可以具有共同的频谱反射/透射光学元件，其 将光分离到不同的检测器。可以通过具有多个共享光学器件的检测器来实现多个摄像头 110。例如，如果视野正缓慢变化，单个摄像头110可以用于获取几个频谱带，通过使用例如 具有带通滤波器的旋转轮或诸如法布里一珀罗干涉仪的干涉装置来获取。摄像头110可以 包括一个或多个视频摄像头。术语"摄像头"的使用因此不限于整个装置，而是涉及所测量 的频谱范围。
[0021] 系统100还包括处理器120,该处理器120配置成如下面所说明的针对每个像素和 所有摄像头110,通过对每个像素最小化整体辐射相对于所估计的相对比例值的均方误差 估计，估计所采集的诸如阳光85 (例如从地面反射的）的环境光和来自人工人造光源90的 采集光95的相对比例值。
[0022] 处理器120还被配置成针对每一个像素，基于最小化获得诸如阳光85的环境光和 来自人造光源90的光95的最佳比例值（称为最小均方误差），并且通过应用所获得的最 佳比例值来检测光源90。处理器120可以识别以衰减或忽略具有最低信噪比的摄像头110 以获得最佳比例值。具有最低信噪比的摄像头对结果的影响最大，因为它是计算链中最薄 弱的环节。它具有所提供的值的最高误差，且因此可能被衰减或忽略以改善估计。在这种 情况下，整个计算过程使用新数据反复进行。
[0023] 处理器120可以进一步被布置成使用最佳值来增强任何一个摄像头的成像。处理 器120可以进一步被布置成在不同的光谱范围内使用最佳值来增强摄像头在不同的频谱 范围内的成像。
[0024] 在实施例中，处理器120还可以被布置为使用最佳值以增强图像融合，例如由摄 像头110捕获的图像的图像融合，和/或这些图像中的一些与附加图像或数据的图像融合。
[0025] 在以下非限制性例子中，系统100和方法200(图3)被示出用于具有互斥的频谱 范围的四个摄像头110。
[0026] 图2A和2B分别是根据本发明的一些实施例的、阳光85和来自光源90的光95相 对于摄像头110的带宽的频谱示意图。在该非限制性例子中，第一摄像头110在可见频谱 带内，而三个摄像头110则在不同的近红外（NIP)频谱带中。频谱带分别表示为. lam-2、lam-3·· lam-4、lam-5·· lam-6、lam-7·· lam-8〇
[0027] 图3是根据本发明一些实施例的、示出优化对已知光源的检测的方法200的示意 性高级流程图。
[0028] 方法200包括以下阶段：放置几个具有不同频谱带的摄像头以获得最大共同视场 (阶段210);由摄像头在不同频谱带捕获跑道光的图像（阶段220);使用先前对每个摄像 头和每个光源估计或测量的相对比例值（阶段225)或可选地针对每个像素和所有摄像头 估计所采集的阳光和所采集的跑道灯的相对比例值（阶段230);针对每个像素，最小化整 体辐射相对于所估计的比例值的均方误差估计（阶段240);以及针对每个像素，基于最小 化获得阳光和跑道灯的最佳比例值（阶段250)。
[0029] 方法200还可以包括对从不同摄像头捕获的图像（例如，作为视频信号的一部分） 调整大小，以在所有摄像头上产生每个相应像素的相等的瞬时视场（阶段212)。
[0030] 方法200还可以包括归一化所捕获的图像（例如作为视频信号的一部分），以产生 所有摄像头的相等的传感器输出电压对光能量输入的转换率（阶段214)。
[0031] 方法200还可以包括识别以及衰减或忽略具有最低信噪比的摄像头以获得最佳 比例值（阶段255)。如果执行阶段255,整个计算过程使用新数据反复进行。
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