专利名称：一种被动式红外夜视摄像仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及夜视摄像技术领域，特别是涉及一种被动式红外夜视摄像仪。
技术背景目前，国内夜视摄像机技术的研究和应用已有了较大发展，主要发展方向大概可以划分为热红外成像技术、微光夜视技术和黑光夜视摄像技术三大类型。其中，红外夜视摄像机因为能够同时满足白天和黑夜环境下拍摄画面的要求被大量广泛应用于视频监控中。红外线是指波长为0. 76-1000微米的电磁波，位于可见光光谱红色以外，是不可见光线，又称红外辐射。其中波长为0.76-2.0微米的部分称为近红外，波长为2. 0-1000微米的部分称为热红外线。自然界中，所有高于绝对零度(-273. 15°C)的物质都可以产生红外线。因此利用红外夜视探测仪测量目标本身与背景间的红外线差可以得到不同的热红外线形成的红外图像。红外摄像技术分为被动红外摄像技术和主动红外摄像技术。被动红外摄像技术是利用任何物质在绝对零度(_273°C)以上都发射红外光的原理，人体和热机发出的红外光较强，其它物体发出的红外光相对微弱，利用特殊的热红外夜视仪可以实现夜间监控。但这种特殊的热红外夜视仪造价昂贵，而且不能直观、清晰地反映周围环境状况，因此在通常的夜视系统中较少被采用。主动红外摄像技术，即利用红外灯来产生红外辐射，发出人眼看不见的红外光去照射景物和环境，一般应用黑白摄像机去感受周围景物反射回来的红外光，从而实现夜视功能。但是，目标的热图像和目标的可见光图像不同，红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。微光夜视技术主要是将目标反射的微弱光线，经物镜会聚后在像增强器的阴极面上成像，逐级放大并将红外光转变为可见光，在最后一级的荧光屏上形成有足够亮度和清晰度的图像，供使用者观察。微光夜视仪的主要部件是像增强器，其工作原理与变像管相似，也是一种光-电-光转换过程。两者的区别是变像管对红外光进行转换，像增强器则侧重对微弱的可见光增强，以便于人眼观察。微光夜视仪最大优点在于不需配带光源，而是利用目标反射的自然微光作被动式工作，故自身隐蔽性好，且成像效果好。但是，微光夜视仪看到是的黑白图象，且不可以在白天用。黑光夜视技术采用克服了红外光暴问题的黑光发射组件，利用感红外的摄像机配合黑光发射组件来进行图像拍摄。所谓红外光暴现象是指红外发光管，在工作时，发出大量的红外光，同时也可以看到红光，给人以发出可见红光的感觉，暴露了红外发光管的隐蔽性的现象。黑光夜视技术在图像画质和隐蔽性方面都有很大提高，但是其拍摄距离不够远，无法克服水面对红外光的吸收等环境干扰。民用夜视技术起步不久，采用的夜视技术主要是热红外成像技术、微光夜视技术和黑光夜视摄像技术，由于在室外的工业监控环境下夜视摄像作用距离相对要求较高，而且需要非常清晰的图像分辨率，热红外成像、微光夜视技术不能满足该监控环境下的要求，而且价格昂贵，因此市场占有率很小。黑光夜视摄像技术虽然相对前两种技术在拍摄图像清晰度方面有所提高，但是摄像距离仍然达不到特定工业环境下的要求，且无法克服水面吸收等环境干扰。许多重要领域都需要安装监视监控系统，而当监控者夜晚进入监控范围，必须启动现场灯光才能看清目标，而突然间灯光出现，必然吓跑入侵者，往往是捕获图像不清或根本看不到入侵者，并且容易暴露目标。利用红外灯辅助虽然也能看到目标，但都不能克服红外光的红外光暴问题，不能隐蔽观察，容易暴露目标。所以，大部分监视监控系统白天不太需要时正常工作，夜晚由于看不见目标，摄像机失去应有的作用，给侦破案件造成困难。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种被动式红外夜视摄像仪，能够克服现有技术的夜视摄像仪达不到特定工业要求，不能在黑暗室外的工业监控环境下清楚捕获目标的缺点。本实用新型的一种被动式红外夜视摄像仪，包括外罩、安装板、镜头、CXD成像组件和数字信号处理组件。所述安装板固定于所述外罩内底侧，所述CXD成像组件通过与所述安装板固定连接进而固定于所述外罩内部；所述镜头与所述CCD成像组件的输入端固定连接，所述CCD成像组件的输出端与所述数字信号处理组件电性连接，所述镜头摄入的图像经所述CXD成像组件成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件，所述数字信号处理组件用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号；所述外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。其中，所述被动式红外夜视摄像仪还包括保护钢化玻璃，所述保护钢化玻璃固定连接在所述外罩上，位于所述镜头的前方，用于保护所述镜头。其中，所述被动式红外夜视摄像仪，还包括热交换装置，所述热交换装置安装于所述外罩内侧面。其中所述被动式红外夜视摄像仪，还包括遮阳板，所述遮阳板遮挡于所述外罩上方。本实用新型的有益效果是本实用新型提供的一种被动式红外夜视摄像仪将经过CXD成像组件成像的图像信号，由数字信号处理组件进行自适应多帧累积计算后输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号，实现在照度较低的情况下清晰成像。
图I为本实用新型的被动式红外夜视摄像仪的一种实施方式的结构剖面图；图2为本实用新型的被动式红外夜视摄像仪的一种更优实施方式的结构剖面图；图3为本实用新型的数字信号处理组件的自适应多帧累积算法的流程图。
具体实施方式
[0022]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型的一种被动式红外夜视摄像仪进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。参见图1，作为一种可实施方式，本实用新型提供的一种被动式红外夜视摄像仪，包括外罩I、安装板2、镜头3、CO)(Charge-coupled Device,电荷稱合元件)成像组件4和数字信号处理组件5。所述外罩为一桶状结构。所述安装板2固定于所述外罩I内底侧，固定方式可以为通过螺钉固定连接或焊接。所述CCD成像组件4通过与所述安装板2固定连接进而固定于所述外罩I内部，作为一种可实施方式，所述CCD成像组件4与所述安装板2之间通过螺钉连接。所述镜头3与所述CXD成像组件4的输入端固定连接，固定连接的方式为通过专用接口卡接或套接。所述CXD成像组件4的输出端与所述数字信号处理组件5电性连接，所述镜头3摄入的图像经所述CXD成像组件4成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件5，所述数字信号处理组件5用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号(CVBS,Composite Video Broadcast Signal)或压缩编码的网络数字信号。作为一种可实施方式，所述数字信号处理组件选用TI Davinci DM6467作为图像处理组件，以实现自适应多帧累积算法以及相关图像编码算法。所述外罩I上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。参见图2，作为一种更优实施方式，本实用新型提供的被动式红外夜视摄像仪包括外罩I、安装板2、镜头3、CXD成像组件4、数字信号处理组件5、保护钢化玻璃6、热交换装置7和遮阳板8。桶状的外罩I尾端设有电缆出口，镜头3、CXD成像组件4以及数字信号处理组件5固定在安装板2上，安装板2固定在所述外罩内部底侧。CXD成像组件4通过专用接口与镜头3连接，CXD成像组件4有图像信号输出到数字信号处理组件5，电源、信号控制所用的电缆均通过外罩I尾部的电缆出口接入或接出。在本实施方式中，所述被动式红外夜视摄像仪还包括保护钢化玻璃6，所述保护钢化玻璃6固定连接在所述外罩I上，位于所述镜头3的前方，用于保护所述镜头3。在本实施方式中，所述被动式红外夜视摄像仪还包括热交换装置7，所述热交换装置7安装于所述外罩I内侧面。作为一种可实施方式，所述热交换装置7为风扇。在本实施方式中，所述被动式红外夜视摄像仪还包括遮阳板8，所述遮阳板8遮挡于所述外罩I上方。用于防止镜头上方的光线过强而影响镜头的采象。本实用新型的数字信号处理组件所使用的自适应多帧累积算法，参见图3，作为一种可实施方式，包括步骤A，采取自适应算法计算最佳累积帧数，所述最佳累积帧数为使得图像清晰度满足预设要求且噪声最小时的累积帧数。在进行多帧累积算法之前，需要确定累计帧数n，具体确定过程可参考如下因素a)传感器噪声对图像的信号质量产生一定程度的影响，尤其在CCD传感器电荷转移过程中引入的噪声对信号质量有较大的影响。由于此噪声较大，对信号特别是对弱信号影响很大，为了减少此噪声对累积信号的影响，可采用抑制随机噪声的电路系统及外围控制装置，有效提高信噪比。b)(XD成像组件本底噪声的大小直接决定了 CXD的灵敏度，累积法能提高静态目标的图像的清晰度。c)由于电路 的原因以及噪声原因，帧累积越多，电荷累积会使噪声也增大，对图像清晰度影响较大。d)目标运动对累积时间具有限制。由于在累积时间内目标的移动会引起图像的模糊，因此目标的远近、移动速度、暂停时间直接影响画面质量，具体表现为损失画面细节。e)背景亮度的不同，对累积时间影响较大。若背景光亮度较大，则可不用累积方法。因此，选择合适的累积帧数，使图像达到最理想的效果。所述计算累计帧数具体包括步骤步骤Al，根据是否满足无偏性、单峰性且能反映亮度、清晰度的极性以及对噪声敏感度低的原则，选取评价函数。首先选取评价函数。理想的评价函数要求无偏性、单峰性，能反映亮度、清晰度的极性以及对噪声敏感度低，计算量尽可能小等。评价函数主要有三方面组成，亮度，清晰度和噪声。亮度由信号功率来体现，噪声由噪声功率来体现，清晰度可由图像的二级梯度平方函数来表示。图像的二级梯度平方函数为
G (n) = Yu Z I-S 2x(x,y) + g2y(x,y)]
X y其中gx(x, y) , gy(x, y)分别表示图像在水平方向和垂直方向的梯度。可定义图像评价函数如下cl (n) = f (S (n), N(n), G (n))上述评价函数为一多指标综合评价函数，可以为功效函数、多元统计分析函数、模糊综合函数、数据包络分析(DEA)评价法、人工神经网络以及数型幂函数指数公式等，在本实施方式中，基于简单可行原则，采用对数型幂函数指数公式。步骤A2，构造自适应算法的目标函数，利用目标函数计算使得所述评价函数达标的累积帧数。在明确图像评价函数之后，需要通过尽可能小的计算量得到累积帧数。需求尽可能小的计算量本质是一个优化过程，是一个不断逼近最优目标的过程。优化过程可以数学模型表示，可采用自适应算法来表示此优化过程。定义目标函数如下e (n) = cl (n) -cl (n-1)F (e (n)) =E (e2 (n))在本实施方式中，选用最小均方误差算法(即LMS算法)。LMS算法包括步骤1、设置变量和参量X(n)为输入向量，或称为训练样本;W(n)为权值向量；e(n)为偏差；d(n)为期望输出；y(n)为实际输出；n为学习速率；n为迭代次数；2、初始化,赋给w(0)各一个较小的随机非零值，令n = 0 ;3、对于一组输入样本X (n)和对应的期望输出d,计算e(n)=d(n)-X~T(n)ff(n) ff(n+l) = W(n) + n X (n) e (n) ;4、判断是否满足条件，若满足算法结束，若否n增加1，转入第3步继续执行。B，根据最佳累积帧数，将图像信号进行多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。CXD成像组件利用CXD变积累控制技术，在低照度情况下，对图像信号进行积分，并抑制随机噪声。利用CCD图像传感器的电荷累积特性，延长信号在CCD靶面上累积电荷的时间，从而提高灵敏度。由于各帧图像在同一空间位置的信号是相同的，而随机噪声互不相关，且服从泊松分布。n帧累积后信号功率为
权利要求1.一种被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，包括外罩、安装板、镜头、C⑶成像组件和数字信号处理组件； 所述安装板固定于所述外罩内底侧，所述CCD成像组件通过与所述安装板固定连接进而固定于所述外罩内部； 所述镜头与所述CCD成像组件的输入端固定连接，所述CCD成像组件的输出端与所述数字信号处理组件电性连接，所述镜头摄入的图像经所述CXD成像组件成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件，所述数字信号处理组件用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号； 所述外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。
2.根据权利要求I所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括保护钢化玻璃，所述保护钢化玻璃固定连接在所述外罩上，位于所述镜头的前方，用于保护所述镜头。
3.根据权利要求I所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括热交换装置，所述热交换装置安装于所述外罩内侧面。
4.根据权利要求I所述的被动式红外夜视摄像仪，其特征在于，还包括遮阳板，所述遮阳板遮挡于所述外罩上方。
专利摘要本实用新型公开一种被动式红外夜视摄像仪，包括外罩、安装板、镜头、CCD成像组件和数字信号处理组件；安装板固定于外罩内底侧，CCD成像组件通过与安装板固定连接进而固定于外罩内部；镜头与CCD成像组件的输入端固定连接，CCD成像组件的输出端与数字信号处理组件电性连接，所述镜头摄入的图像经所述CCD成像组件成像后将图像信号传递至所述数字信号处理组件，所述数字信号处理组件用于对所述图像信号进行自适应多帧累积计算，输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号；外罩上设有电缆出口，用于接入电源和输出复合视频广播信号或压缩编码的网络数字信号。本实用新型的被动式红外夜视摄像仪能够在较低照度下实现清晰摄像。
文档编号H04N5/33GK202475592SQ20112051031
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者杜金生 申请人:北京光展科技发展有限公司