暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的装置和方法与流程

技术特征：

1.暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的装置，其特征在于：包括CCD传感器单元，信号处理电路单元，图像前处理单元和图像后处理单元；所述图像前处理单元包含同步信号提取与控制电路模块和外部光源模块；

所述CCD传感器单元将采集的原始图像信号送入信号处理电路单元的同时，还将原始图像信号送入同步信号提取与控制电路模块；

所述同步信号提取与控制电路模块从原始图像信号中提取同步时钟信号，控制外部光源模块，使得CCD传感器单元曝光和外部光源模块发光同步。

2.根据权利要求1所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的装置，其特征在于：所述外部光源模块采用近红外光源作为外部光源。

3.根据权利要求1所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的装置，其特征在于：所述信号处理电路单元接收来自CCD传感器单元采集到的原始图像信号，并对原始图像信号进行加工处理，A/D转化，去噪，图像增强和格式转换。

4.利用权利要求1-3任一所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的装置实现的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：已知VD是提取出的同步时钟信号；Q是在每个像素点上积累的电荷量；CS代表外部光源的控制信号，高电平表示光源亮，低电平表示光源灭；

外部光源模块中外部光源控制信号的具体控制方法如下：在每个周期内增加一个RP，RP代表复位脉冲序列，RP上升沿有两个功能：一是Q的触发信号，每个像素点从RP的上升沿开始积累电荷；二是清空每个像素点上之前积累的电荷；设一个周期内最后一个复位脉冲点为s，那么在点s之前CS保持低电平。

5.根据权利要求4所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：定义外部光源在一个场周期内发光的长短为η：

$\mathrm{\η}=\frac{T_{LO}}{T_{EE}}$

其中，T_EE为一个场周期中有效的曝光时间，T_LO为一个场周期中外部光源的点亮时间，0≤η≤1；

η的理想值η₀的具体计算方法在图像后处理单元中实现，所述图像后处理单元包括直方图统计模块，亮度计算模块和逻辑控制模块；所述理想值η₀的具体计算方法如下：

步骤一、采用直方图统计模块计算每帧图像的归一化加权亮度直方图；

步骤二、亮度计算模块基于直方图统计模块，首先确定较暗区域的灰度值d和较亮区域的灰度值b；然后用变量sum_d来表示从灰度值0到灰度值d之间的所有灰度的比重之和，所述从灰度值0到灰度值d之间包括包含0和d，用公式表示为：

${\mathrm{sum}}_d=\underset{i=0}{\overset{d}{\Σ}}{n}_i$

其中，n_i表示灰度等级i加权归一化后所占的比重；

用变量sum_b来表示从灰度值b到255之间的所有灰度的比重之和，所述从灰度值b到255之间包含d和255，用公式表示为：

${\mathrm{sum}}_d=\underset{i=b}{\overset{255}{\Σ}}{n}_i$

同样，n_i表示灰度等级i加权归一化后所占的比重；

步骤三、采用逻辑控制模块判断当前帧是否曝光不足或是过曝光，并确定理想值η₀，具体如下：

(1)给η赋一个初始值initial_value；

(2)比较sum_d与事先设定好的阈值t_d的大小，如果sum_d＞t_d，则被认为曝光不足，下一帧的η值将以的方式获取，B_n表示当前帧图像的加权亮度均值，B_n+1表示下一帧图像的加权亮度均值；如果某个时刻刚好达到了sum_d＜t_d，则此时被称为曝光不足临界点，相应的η值被记作：η_d；过了曝光不足临界点后，则要比较sum_b与同样是预先设定好的阈值t_b的大小；如果sum_b＜t_b，下一帧的η值将同样以的方式获取，若达到sum_b＞t_b，则标志着过曝光已经发生，此时被称为是过曝光临界点，相应的η值被记作：η_b，

(3)将η_d和η_b取平均值得到η的理想值η₀。

6.根据权利要求5所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：实时监测η_d和η_b两个量的动态变化，如果不发生变化，则下一帧的η值将继续以获取；若是发生了变化，则理想值η₀也会跟着相应的变化，即重新计算变化后的η_d和η_b平均值，更新为新的η的理想值η₀，达到一个动态的平衡。

7.根据权利要求4所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：步骤一所述采用直方图统计模块计算每帧图像的归一化加权亮度直方图，具体如下：定义图像的中心部分为图像的感兴趣区域和图像的边缘部分为非感兴趣区域，并将感兴趣区域和非感兴趣区域分配不同的权重，之后计算每帧图像的归一化加权亮度直方图。

8.根据权利要求7所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：一张图像被分为了九个区域，具体来说，长度与高度的各部分比例分别为：

|OP|:|PQ|:|QR|＝1:2:1

|OM|:|MN|:|NK|＝1:2:1

即：图像的宽度上以1∶2∶1的比例划分为三段OP、PQ、QR，高度上也以1∶2∶1的比例划分为三段OM、MN、NK，这样形成的九个方形区域，最中间部位划分为感兴趣区域，四周8个部位划分为非感兴趣区域。

9.根据权利要求8所述的暗场景下基于CCD传感器实时获取清晰图像的方法，其特征在于：所述最中间部位划分为相同大小的九个区域，九个区域分配不同的权重。