专利名称：昼夜宽动态自适应数字夜视ccd成像系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光电研究学科领域，特别是一种自适应数字夜视CCD成像系统。
背景技术：
数字微光夜视技术是近年来光电研究学科领域新兴的一门前沿技术，其核心 成果目前被大部分应用于军事、航天领域。近年来，随着微光技术的不断发展， 数字微光夜视技术在工业、农业及治安边防电子监控等领域有着越来越广泛的 应用前景。无论是国外还是国内在开展数字微光夜视装备研究方面能实现昼夜 自适应切换技术的国家并不多，在这方面美国处于领先，它采用目前世界上最 先进的无反馈膜技术研制的像增强器较好地解决了微光夜视装备昼夜自适应切 换的技术难题。尽管这种技术目前处于世界先进地位，但由于受其制作工艺要 求高，选料苛刻，加工难度大，成本高等因素制约，目前还难以形成批量生产。 目前市场上成熟的CCD成像系统仅在有可见光条件下才能实现对目标的观察， 而在夜间或微弱光源下则需用红外夜视成像系统、或热像仪等，这样带来的问
题是成本费用高。
发明内容
本发明提供一种具备昼夜成像能力、动态范围宽的一种CCD成像系统。 一种昼夜宽动态自适应数字夜视CCD成像系统，包括微光CCD摄像机、 电源箱、显示器和视觉控制器，微光CCD摄像机、显示器与视觉控制器通过数 据线连接，电源箱与微光CCD摄像机、显示器、视觉控制器电连接，所述视觉 控制器视觉控制器硬件结构主要包括电源模块、键盘模块、上电复位、看门狗 模块、视频转接模块、^"P与PCB通信模块、PC与FCB通信模块。
所述视觉控制器提供PC与FCB的通信接口 ，用于对FCB的不解体检测， 通过跳线实现PC与FCB的连接。控制器和FCB摄像机之间的串行通信采用标准的5V CMOS电平，因此可以直接将89C2051的P3.0和P3.1与FCB相连。
本控制器还提供FCB视频输出接口 ， FCB视频输出为标准的PAL制式全彩色电 视信号，经视频光电隔离，提供给显示器。设置3个按键开关，分别用于远变 焦和近变焦以及焦距复位，键值由P1.4、 P1.5禾BP1.6 口输入，通过中断识别。 为了减小PCB面积，对按键采用软件消抖的办法消抖。
所述视觉控制器的主要功能模块有系统初始化模块、数据发送模块、定 时模块、按键处理模块、定时器中断、按键中断处理模块以及手动变焦模块。
本发明利用利用摄像机(或监控镜头)吸收夜间微弱的光亮经数字成像模 块(数字信号处理器)处理后，提高夜视距离，使夜视范围由夜间目测100m左右 扩大至1000m左右(平原地带)且成像清晰稳定，改变了原有摄像机(监控器) 夜间视距短、成像虛拟、模糊的弊端，解决了传统成像设备夜间无辅助光源无 法工作的先天缺陷，利用该技术开发的产品具有体积小、重量轻、易于安装的 优点，各项技术指标要达到实际应用的标准。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
图1是本发明自适应数字夜视CCD成像系统内视觉控制器的硬件结构图； 图2是本发明自适应数字夜视CCD成像系统内视觉控制器的硬件结构图； 图3是本发明自适应数字夜视CCD成像系统内视觉控制器的硬件结构图； 图4是本发明自适应数字夜视CCD成像系统微光夜视实现过程图；
具体实施例方式
如图l、图2、图3、图4所示，视觉控制器硬件结构主要包括电源模块、 键盘模块以及上电复位和看门狗模块，视频转接模块、〃P与PCB通信模块、PC 与FCB通信模块。
系统所用器件除光电隔离器件外其它选用工业级贴片封装，PCB板结构紧凑 便于与FCB摄像机连接。微处理器采用ATMEL公司的89C2051,该芯片采用8051内核，结构非常精简，片内具有2K Flash ROM和128字节RAM,非常适合用于 小型控制系统。
外部12V直流电压经保护电路和2级稳压滤波，输出2路电压， 一路+9V 送FCB摄像机，另一路+ 5V送控制器。看门狗电路由MAX813L和少量外围器件 实现，当程序受外界干扰跑飞，在1.6s内由看门狗电路实现复位。
视觉控制器提供PC与FCB的通信接口 ，用于对FCB的不解体检测，通过跳 线实现PC与FCB的连接。控制器和FCB摄像机之间的串行通信采用标准的5V CMOS电平，因此可以直接将89C2051的P3. 0和P3. 1与FCB相连。本控制器还 提供FCB视频输出接口， FCB视频输出为标准的PAL制式全彩色电视信号，经视 频光电隔离，提供给液晶显示器。
设置3个按键开关，分别用于远变焦和近变焦以及焦距复位，键值由P1.4、 P1.5和P1.6 口输入，通过中断识别。为了减小PCB面积，对按键采用软件消抖 的办法消抖。
由于系统工作在云台伺服机构的磁场周围，因此要求硬件电路抗干扰能力 强，通过机外合理走线和将信号传输线路屏蔽以及选择合适的接地点可以起到 一定的抗干扰作用。实际使用过程中在云台加电工作时，仍然可以得到良好的 视频输出信号。
系统软件按照软件工程的思想采用模块化结构。软件所要完成的主要功能
有
1. 幵机自检并显示提示信息。
2. 将控制参数定时发送给FCB摄像机。
3. 程序跑飞后在预定时间内使系统复位。
4. 通过按键手动变焦和焦距复位。
软件设计的难点在于准确把握每个控制命令的发送时间和FCB的处理时间。 控制程序中每个命令数据场由多帧数据构成，其中字符显示命令由三段复合帧构成，每段16字节，控制命令帧最短为5个字节如"FCB Power 0N/0FF"，最长为48字节，如在屏幕上显示一个字符串信息，当系统波特率设计为9600b/s时，采用10位异步通信方式，1位时约为0. lms，发送一个字节约为lms，因此，不同的控制命令发送时间从5ms到16ms不等。为了精简程序并考虑到具体应用环境，控制器不理会FCB返回数据但关注其返回数据需要的时间。在命令连续发送过程中，如果前一个命令还没有执行完毕而一个新的命令已经开始发送，此时新的命令将丢失。因此，在应用程序设计中，应该准确把握每个命令发送的时间和FCB执行命令的时间以及针对不同的命令返回数据的时间。
主要功能模块有系统初始化模块、数据发送模块、定时模块、按键处理模块、定时器中断、按键中断处理模块以及手动变焦模块。上电后系统初始化模完成89C2051的应用环境设置并发送FCB初试化命令。数据发送模块在整个程序执行过程中需要反复调用，89C2051与FCB的通信都通过数据发送模块完成。定时模块为软件定时，共设置3段定时时间，分别为5ms、 10ms和50ms，分别用于不同的场合。按键处理模块主要完成按键的软消抖和键位的识别，并置相应的标志位供主程序査询，同时终止T0定时器计时。按键中断模块完成置按键标志位，主程序在检测到标志位后调用按键处理模块。在手动变焦模块中将手动变焦命令地址表赋值给DPTR并调用数据发送模块。
控制参数保存在片内连续ROM区内，参数表按照功能分类并按字节数大小排列，上电后，程序将所有控制参数连续发送给FCB，使FCB进入预定工作状态。根据数据场大小，发送分4段完成，每发送一段则调用相应的延时程序，最后一段为字符串显示命令，若所有控制命令发送成功，则在屏幕上显示预设的字符信息，显示字符延时5秒后消隐，主程序流程图中"n"表示每个段中所含的命令个数。特别需要指出的是，对于镜头组件初始化命令，应该留出足够的时间间隔，因为镜头组件的机械运动要占用相当长的时间，根据试验本程序将这一时间定为5秒。此外在主程序的适当位置要插入喂狗语句。当FCB进入正常工作状态以后，定时器T0启动，主程序若检测到定时标志位，则将指针指向焦距和焦点参数表地址，通过发送子程序将焦距焦点值传送给FCB。车辆在执行任务中应用环境复杂，车体震动和外界串入的干扰都有可能引起FCB镜头组件偏离预定位置，通过程序定时更新镜头的焦距焦点值可以有效地解决视场和视点偏移。
控制命令发送子程序和T0定时中断服务程序。在控制命令发送前将命令段指针Rl赋值，并将DPTR指向需要发送的控制参数地址表，然后调用SEND子程序，每发送完一帧数据检测结束标志，若检测到结束标志则退出发送子程序，然后调用相应的延时子模块。 〃控制命令发送子程序
SEND: CLR A ;偏移地址置0
M0VCA,@A+DPTR
MOVSBUF， A
INCDPTR
JNBTI， $
CLRTI
CJNEA，恥FFH，SEND ;检测是否命令尾
CPLPI. 7 ;喂狗
RET
对焦距和焦点值的覆盖时间间隔定时为5秒，仅靠TO是不够的，因此将TO编程为50ms定时器，并对中断次数累积计数100次的方式来实现5秒定时。主程序初始化时将中断数64H存放在30H单元中，每中断一次，30H单元中的数字减一并检测该单元是否已经为0，若已经中断了 100次，则置位标志位并重新给30H单元赋值。
本发明利用利用摄像机(或监控镜头)吸收夜间微弱的光亮经数字成像模块(数字信号处理器)处理后，提高夜视距离，使夜视范围由夜间目测100m左右扩大至1000m左右(平原地带)且成像清晰稳定，改变了原有摄像机(监控器)
夜间视距短、成像虚拟、模糊的弊端，解决了传统成像设备夜间无辅助光源无法工作的先天缺陷，利用该技术开发的产品具有体积小、重量轻、易于安装的优点，各项技术指标要达到实际应用的标准。
权利要求
1.一种昼夜宽动态自适应数字夜视CCD成像系统，包括微光CCD摄像机、电源箱、显示器和视觉控制器，微光CCD摄像机、显示器与视觉控制器通过数据线连接，电源箱与微光CCD摄像机、显示器、视觉控制器电连接，其特征在于所述视觉控制器视觉控制器硬件结构主要包括电源模块、键盘模块、上电复位、看门狗模块、视频转接模块、μP与PCB通信模块、PC与FCB通信模块。
2. 如权利要求1所述的所述昼夜宽动态自适应数字夜视CCD成像 系统，其特征在于所述视觉控制器提供PC与FCB的通信接口，用于 对FCB的不解体检测，通过跳线实现PC与FCB的连接。控制器和FCB 摄像机之间的串行通信采用标准的5VCMOS电平，因此可以直接 89C2051的P3.0禾卩P3.1与FCB相连。
3. 如权利要求1所述的所述昼夜宽动态自适应数字夜视CCD成像 系统，其特征在于所述视觉控制器的主要功能模块有系统初始化模 块、数据发送模块、定时模块、按键处理模块、定时器中断、按键中断 处理模块以及手动变焦模块。
全文摘要
本发明提供一种昼夜宽动态自适应数字夜视CCD成像系统，它包括微光CCD摄像机、电源箱、显示器和视觉控制器，微光CCD摄像机、显示器与视觉控制器通过数据线连接，电源箱与微光CCD摄像机、显示器、视觉控制器电连接，所述视觉控制器视觉控制器硬件结构主要包括电源模块、键盘模块、上电复位、看门狗模块、视频转接模块、μP与PCB通信模块、PC与FCB通信模块。本发明利用利用摄像机吸收夜间微弱的光亮经数字成像模块处理后，提高夜视距离，且成像清晰稳定，改变了原有摄像机(监控器)夜间视距短、成像虚拟、模糊的弊端，解决了传统成像设备夜间无辅助光源无法工作的先天缺陷，产品具有体积小、重量轻、易于安装的优点。
文档编号H04N7/18GK101646065SQ20081014101
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月8日
发明者玘 张, 王九耀, 王天法, 罗诗途, 胡志武 申请人:镇平县新星光学有限责任公司;王九耀