一种红外摄像抗干扰的实现方法及实现装置与流程

本发明涉及光学摄像领域，特别涉及一种红外摄像抗干扰的实现方法及实现装置。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，安防、监控领域越来越依赖摄像头设备，而红外摄像头因其只对红外光线敏感、外界可见光的明暗变化对其无影响、全天候画质变化小等特质，使其在安防、监控领域的市场份额越来越大。

自然界中存在的亮度范围是巨大的，日光环境下100000lux；阴天环境8000lux；室内办公环境300lux；路灯下5lux；星光0.0003lux等等，很显然，亮度级别太多太多，如此庞大的动态范围，如果按照线性方案进行存储，那么存储和传输的代价很昂贵，且人眼对自然亮度感知是非线型的，为了化解“无限的自然存在，与有限的存储容量和传输带宽”之间的矛盾，人们在摄像采集部件、存储传输部件和显示输出部件引入gamma校正的概念。

普通摄像机通过帧间差分计算，可以消除日光的强度变化、日光照射角度变化带来得影响，而一般的帧间差分计算大部分采用两帧图像亮度直接相减的计算方法，这种计算方法的缺点是忽略了gamma校正带来的影响，导致所得图像亮度与现实中人眼观察画面亮度产生较大偏差。

而普通的红外摄像机通过红外发生装置发出红外光来照亮物体，采用红外透过滤光片来过滤大部分可见光，实现对自然光的抗干扰性，目前不法分子往往利用普通红外摄像机无法过滤红外光这一特性进行红外强光反干扰，即通过使用红外强光对红外摄像机照射，导致画面局部过曝光产生亮斑，以致整张图像都无法看清楚。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种红外摄像抗干扰的实现方法及实现装置，可以完全消除gamma校正所带来的失真影响，同时可以完全消除不法分子的红外强光反干扰，使所得图像更逼真，极大提升所得图像的辨识度和抗干扰性，具有极高的抗干扰功能。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种红外摄像抗干扰的实现方法，其包括以下步骤：

步骤（1）、获取任意相邻两帧图像：其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像；

步骤（2）、通过帧间差分计算获得目标图像：将相邻两帧图像的每一像素点的亮度信号逐一作帧间差分计算，获得亮度差值信号yt；其中，帧间差分计算如以下公式表示：yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)，

式中，yt为目标图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yf为红外偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yb为基准偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

将得到的每个像素点的差值亮度信号进行帧间差分计算，将得到只有红外光补光成分的目标图像。

进一步地，步骤（1）具体包括：

步骤1：控制单元发出同步脉冲控制信号至红外发生装置和红外摄像模组，同时执行步骤2.1和步骤3.1；红外发射装置和红外摄像模组前均设置有偏振方向相同的偏振片；

步骤2.1：控制单元中的分频整形电路将同步脉冲控制信号的频率将为1/2，经整形后得到开关脉冲信号，将该开关脉冲信号输出到红外发生装置，控制电路通断；

步骤2.2：红外发生装置发出经同步脉冲控制信号调制的红外光照射到被拍摄物上；

步骤3.1：红外摄像模组将同步脉冲控制信号作为帧频来实现同步拍摄；

步骤3.2：红外摄像模组拍摄得到红外光环境下的红外偏振图像和自然光环境下的基准偏振图像。

进一步地，本发明还提供了一种红外摄像抗干扰的实现装置，包括依次电路连接的红外发生装置、控制单元、红外摄像模组和算法单元；

该装置还包括设置于红外发生装置前的第一偏振片和设置于红外摄像模组前第二偏振片；第一偏振片与第二偏振片偏振方向相同；红外发生装置与控制单元连接，发出红外光线；控制单元控制红外发生装置的通断；红外摄像模组拍摄得到其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像；算法单元通过对红外偏振图像和基准偏振图像进行帧间差分计算，得到只有红外光补光成分的目标图像；获取目标图像步骤如下：

步骤1：控制单元发出同步脉冲控制信号至红外发生装置和红外摄像模组，同时执行步骤2.1和步骤3.1；

步骤2.1：控制单元中的分频整形电路将同步脉冲控制信号的频率将为1/2，经整形后得到开关脉冲信号，将该开关脉冲信号输出到红外发生装置，控制电路通断；

步骤2.2：红外发生装置发出经同步脉冲控制信号调制的红外光照射到被拍摄物上；

步骤3.1：红外摄像模组将同步脉冲控制信号作为帧频来实现同步拍摄；

步骤3.2：红外摄像模组拍摄得到包含其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像。

步骤4：算法单元连续不断地将相邻两帧图像的每一像素点的亮度信号逐一作帧间差分计算，获得亮度差值信号yt；

帧间差分计算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)

上式中，yt为目标图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yf为红外偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yb为基准偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

将得到的每个像素点的差值亮度信号进行帧间差分计算，将得到只有红外光补光成分的目标图像。

进一步地，控制单元为具有同步拍摄功能的红外摄像模组的控制电路或者独立控制芯片。

本发明具有如下有益效果：该抗干扰摄像模组有效解决了gamma校正带来的失真问题和不法分子红外强光反干扰而导致画面局部过曝光而无法看清楚的问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种红外摄像抗干扰的实现方法流程图。

图2是本发明提供的一种红外摄像抗干扰的实现装置的结构示意图。

图中：红外发生装置1，控制单元2，红外摄像模组3，算法单元4，第一偏振片5，第二偏振片6，被拍摄物体7。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。

本发明提供一种红外摄像抗干扰的实现方法，其包括以下步骤：

步骤（1）、获取任意相邻两帧图像：其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像；偏振图像可以减少和消除发表光物体表面的反光，对偏振方向不同的光线进行过滤，即可减弱不法分子红外强光反干扰，防止过度曝光现象，提高抗干扰能力。

步骤（2）、通过帧间差分计算获得目标图像：将相邻两帧图像的每一像素点的亮度信号逐一作帧间差分计算，

已知gamma变换公式为：

y=gamma(y)

y为某点的亮度输出值；

y为某点的亮度输入值；

由于gamma曲线是固定的、确定的，且其输入与输出是一一对应的，故gamma变换存在反函数：

y=gamma^-1y

已知基准偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值yb；可求得其gamma变换前的基准偏振图像中(m,n)处像素点亮度输入值yb；

yb=gamma^-1yb

已知红外偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值yf，可求得其gamma变换前红外偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输入值yf：

yf=gamma^-1yf

对于目标图像中(m,n)处像素点的亮度输入值yt，则有

yt=yf-yb

对于目标图像中(m,n)处像素点的亮度输出值yt，则有

yt=gamma（yt）=gamma（yf-yb）

即帧间差分计算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)

先将相邻两帧图像所得亮度值通过gamma逆变换后再将变换后的结果相减，所得相减结果再进行gamma变换，最后获得的亮度值可以完全消除gamma校正所带来的影响，即可消除日光的强度变化、日光照射角度变化带来的影响，进一步提高抗干扰能力，使所得图像更逼真。

将得到的每个像素点的差值亮度信号进行帧间差分计算，将得到只有红外光补光成分的目标图像，所得目标图像不仅减弱不法分子红外强光反干扰，防止过曝现象产生，还彻底消除了图像中的日光成分，同时完全消除红外强光反干扰时过度曝光留下的残影，完全杜绝红外强光反干扰，实现强抗干扰性。

进一步地，如图1所示，步骤（1）具体包括：

步骤1：控制单元2发出同步脉冲控制信号至红外发生装置1和红外摄像模组3，同时执行步骤2.1和步骤3.1；红外发射装置和红外摄像模组3前均设置有偏振方向相同的偏振片；

值得注意的是，本发明对所述红外摄像模组没有特别的限制，现有的红外摄像模组均可适用。一般地，所述红外摄像模组由af模组、镜头、马达、红外透过滤光片、感光芯片等基本结构组成。

步骤2.1：控制单元2中的分频整形电路将同步脉冲控制信号的频率将为1/2，经整形后得到开关脉冲信号，将该开关脉冲信号输出到红外发生装置1，控制电路通断；

步骤2.2：红外发生装置1发出经同步脉冲控制信号调制的红外光照射到被拍摄物7上；

步骤3.1：红外摄像模组3将同步脉冲控制信号作为帧频来实现同步拍摄；

由于红外发生装置1发出的红外光的频率等于摄像头的帧频的1/2，在一段连续的视频中，任意相邻的两帧图像有一帧是在红外光环境下拍摄，另一帧图像是在不含红外光的自然环境下拍摄；连续两帧图像的时间间隔极短，所以两帧图像时间间隔内日光成分的变化可忽略不计；

步骤3.2：红外摄像模组3拍摄得到红外光环境下的红外偏振图像和自然光环境下的基准偏振图像。

进一步地，如图1和图2所示，本发明还提供了一种红外摄像抗干扰装置，包括依次电路连接的红外发生装置1、控制单元2、红外摄像模组3和算法单元4；

该装置还包括设置于红外发生装置1前的第一偏振片5和设置于红外摄像模组3前第二偏振片6；所述第一偏振片5与所述第二偏振片6偏振方向相同；第一偏振片5可以将红外发生装置1的大部分光线过滤，只通过与偏振片偏振方向相同的光线，第二偏振片6可减弱红外强光干扰，防止过度曝光现象，通过第一偏振片5透过的偏振光。

红外发生装置1与控制单元2连接，发出红外光线；

控制单元2控制红外发生装置1的通断；

红外摄像模组3拍摄得到其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像，所得红外偏振图像和基准偏振图像由于偏振片的作用，已过滤大部分与偏振片偏振方向不同的光线，即可实现抗红外强光干扰功能；

算法单元4通过对红外偏振图像和基准偏振图像进行帧间差分计算，得到只有红外光补光成分的目标图像，通过算法单元4对两帧图像进行计算，消除图像中的日光成分；

获取目标图像步骤如下：

步骤1：控制单元2发出同步脉冲控制信号至红外发生装置1和红外摄像模组3，同时执行步骤2.1和步骤3.1；

步骤2.1：控制单元2中的分频整形电路将同步脉冲控制信号的频率将为1/2，经整形后得到开关脉冲信号，将该开关脉冲信号输出到红外发生装置1，控制电路通断；

步骤2.2：红外发生装置1发出经同步脉冲控制信号调制的红外光照射到被拍摄物7上；

步骤3.1：红外摄像模组3将同步脉冲控制信号作为帧频来实现同步拍摄；

由于红外发生装置1发出的红外光的频率等于摄像头的帧频的1/2，在一段连续的视频中，任意相邻的两帧图像有一帧是在红外led发光期间拍摄，另一帧图像是在红外led不发光期间拍摄；连续两帧图像的时间间隔期间内日光成分的变化忽略不计；

步骤3.2：红外摄像模组3拍摄得到包含其中一帧图像为在红外光环境下拍摄得到的红外偏振图像，另一帧图像为在自然光环境下拍摄得到的基准偏振图像。

步骤4：算法单元4连续不断地将相邻两帧图像的每一像素点的亮度信号逐一作帧间差分计算，获得亮度差值信号yt；

帧间差分计算如以下公式表示：

yt=gamma(gamma^-1yf-gamma^-1yb)，

上式中，yt为目标图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yf为红外偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

yb为基准偏振图像中(m,n)处像素点的亮度输出值；

先将相邻两帧图像所得亮度值通过gamma逆变换后再将变换后的结果相减，所得相减结果再进行gamma变换，最后获得的亮度值可以完全消除gamma校正所带来的影响，即可消除日光的强度变化、日光照射角度变化带来的影响，进一步提高抗干扰能力，使所得图像更逼真。

在红外发射装置1和红外摄像模组3前设置偏振方向相同的偏振片，同时将得到的每个像素点的差值亮度信号进行帧间差分计算，将得到只有红外光补光成分的目标图像，偏振片与帧间差分计算的协同作用，使所得目标图像不仅有效减弱不法分子红外强光反干扰，防止过曝现象产生，还彻底消除了图像中的日光成分，同时完全消除红外强光反干扰时过度曝光留下的残影，完全杜绝红外强光反干扰，实现强抗干扰性。如果只对图像进行帧间差分计算，而没有在红外发射装置1和红外摄像模组3前设置偏振方向相同的偏振片，只能消除日光成分造成的影响，当不法分子使用红外强光反干扰时，将使所得图像出现过曝现象，出现亮斑，无法消除红外反干扰造成的斑点所留下的残影，从而造成图片不清晰，质量下降；同样地，如果只在红外摄像模组3前设置偏振片，而没有对所得图像进行帧间差分计算，只能过滤普通红外线光，无法消除日光成分对图片质量造成的影响，且当不法分子使用红外强光反干扰时，由于光线过强，偏振片无法对其进行完全过滤，所得图像也会有部分干扰光留下的残影。

进一步地，控制单元2为具有同步拍摄功能的红外摄像模组3的控制电路或者独立控制芯片，控制单元2可以作为独立的控制芯片安装使用，也可以使用具有同步拍摄功能的红外摄像模组3的控制电路进行控制。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。