一种通过近红外光提升夜视效果的方法与流程

1.本发明属于夜视图像效果，具体涉及一种通过近红外光提升夜视效果的方法。


背景技术：

2.可见光是指电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围，一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～770nm之间。
3.不可见光是指除可见光外那些人眼所不能感知的波长的电磁波，包括无线电波、微波、红外光、紫外光、x射线、γ射线等。
4.红外光是不可见光，是波长大于可见红光(770～622nm)的电磁波。因为人眼观察不到红外光的存在，又因为物体会对红外光产生反射，所以红外夜视摄像机利用这个特性来实现夜视。
5.近红外光(near infrared，nir)是介于可见光(ⅵs)和中红外光(mir)之间的电磁波，按astm(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780～1100nm)和近红外长波(1100～2526nm)两个区域，常见的红外夜视摄像机采用的红外发光器件光谱主要集中在近红外短波区域。
6.在同样的夜间照明条件下，用cmos(光传感器)获得的彩色图片是非常嘈杂的，近红外图片没有黑白的色彩信息，但这些图片的信噪比(snr)非常高。
7.因此，针对上述问题，予以进一步改进。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于提供一种通过近红外光提升夜视效果的方法，其设有两个镜头组，一个捕捉可见光并且获得可见光图像并且另一个可以捕捉近红外光从而获得近红外光图像，其将近红外光图像对可见光图像进行去噪处理，并且通过平滑算法获得具有可见光增强效果的图像。
9.为达到以上目的，本发明提供一种通过近红外光提升夜视效果的方法，用于提升夜视效果，包括以下步骤：
10.步骤s1：混合相机系统通过两个通道进行图像采集，以分别获得第一图像和第二图像组成的图像对；
11.步骤s2：在获得的图像对中，通过平滑算法将第二图像对第一图像进行去噪，以获得具有可见光图像增强效果的第一图像。
12.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1具体实施为以下步骤：
13.步骤s1.1：混合相机系统的第一镜头组设有热反射镜，以使得第一镜头组在拍摄时只让可见光通过，从而第一图像为可见光图像；
14.步骤s1.2：混合相机系统的第二镜头组去除红外截止滤光器，以使得第二镜头组在拍摄时捕捉近红外光，从而第二图像包括近红外光图像；
15.步骤s1.3：混合相机系统的控制器获得执行指令后同时启动第一镜头组和第二镜
头组进行拍摄，以获得第一图像和第二图像组成的图像对。
16.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1.3中在启动第一镜头组和第二镜头组进行拍摄之前，先对第一镜头组和第二镜头组进行设置，以使得第一镜头组和第二镜头组在光学上对齐，具体实施为以下步骤：
17.步骤s1.3.1：第一镜头组和第二镜头组的焦距和光圈相同，以确保每个图像对的几何排列相同，第一镜头组和第二镜头组在同一时间拍摄。
18.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2具体实施为以下步骤：
19.步骤s2.1：通过平滑算法获得与第一图像接近的第三图像；
20.步骤s2.2：在每一个rgb颜色通道中对第一图像通过平滑算法进行(正常)平滑处理，并且在平滑处理中结合第二图像，从而解决过度平滑和平滑不足的问题；
21.步骤s2.3：通过第三图像和第二图像的结合对第一图像进行平滑处理；(由于不同的材料对可见光和近红外光有不同的反射率，第一图像在结合第二图像进行平滑处理时，第一图像中的边缘在第二图像中消失，从而导致边缘模糊)；
22.步骤s2.4：将第一图像从rgb颜色空间转换为yiq颜色空间，然后结合第二图像和第三图像并且通过改变平滑度权重的平滑算法进行平滑处理，以获得具有可见光图像增强效果的第一图像。
23.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1之前还包括步骤s0：混合相机系统通过大直径透镜组捕捉宽波段光线，宽波段光线包括可见光和近红外光。
具体实施方式
24.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
25.在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的相机、近红外光等可被视为现有技术。
26.优选实施例。
27.本发明公开了一种通过近红外光提升夜视效果的方法，用于提升夜视效果，包括以下步骤：
28.步骤s1：混合相机系统通过两个通道进行图像采集，以分别获得第一图像和第二图像组成的图像对；
29.步骤s2：在获得的图像对中，通过平滑算法将第二图像对第一图像进行去噪，以获得具有可见光图像增强效果的第一图像。
30.具体的是，骤s1具体实施为以下步骤：
31.步骤s1.1：混合相机系统的第一镜头组设有热反射镜，以使得第一镜头组在拍摄时只让可见光通过，从而第一图像为可见光图像；
32.步骤s1.2：混合相机系统的第二镜头组去除红外截止滤光器，以使得第二镜头组在拍摄时捕捉近红外光，从而第二图像包括近红外光图像；
33.步骤s1.3：混合相机系统的控制器获得执行指令后同时启动第一镜头组和第二镜
头组进行拍摄，以获得第一图像和第二图像组成的图像对。
34.更具体的是，步骤s1.3中在启动第一镜头组和第二镜头组进行拍摄之前，先对第一镜头组和第二镜头组进行设置，以使得第一镜头组和第二镜头组在光学上对齐，具体实施为以下步骤：
35.步骤s1.3.1：第一镜头组和第二镜头组的焦距和光圈相同，以确保每个图像对的几何排列相同，第一镜头组和第二镜头组在同一时间拍摄。
36.进一步的是，步骤s2具体实施为以下步骤：
37.步骤s2.1：通过平滑算法获得与第一图像接近的第三图像；
38.步骤s2.2：在每一个rgb颜色通道中对第一图像通过平滑算法进行(正常)平滑处理，并且在平滑处理中结合第二图像，从而解决过度平滑和平滑不足的问题；
39.步骤s2.3：通过第三图像和第二图像的结合对第一图像进行平滑处理；(由于不同的材料对可见光和近红外光有不同的反射率，第一图像在结合第二图像进行平滑处理时，第一图像中的边缘在第二图像中消失，从而导致边缘模糊)；
40.步骤s2.4：将第一图像从rgb颜色空间转换为yiq颜色空间，然后结合第二图像和第三图像并且通过改变平滑度权重的平滑算法进行平滑处理，以获得具有可见光图像增强效果的第一图像。
41.优选地，步骤s1之前还包括步骤s0：混合相机系统通过大直径透镜组捕捉宽波段光线，宽波段光线包括可见光和近红外光。
42.优选地，混合相机系统首先通过一个大镜头来收集光线，然后用分束器向两个方向发射光，可见光发送到第一镜头组并且红外光线发送到第二镜头组。
43.优选地，大多数基于ccd/cmos的数码相机可以很好地感知近红外光。然而，数码相机制造商通常会在传感器上添加一个红外截止滤光片，以避免由近红外光引起的不必要的假象。使用两个通道建立了混合相机系统。热镜反射近红外光，只让可见光通过。相机i(第一镜头组)拍摄可见光图像，去掉摄像机n(第二镜头组)的红外截止滤光片，使其能够捕捉近红外光。这两台相机用一个控制器连接，只要在控制器上启动，就可以捕捉到i/n的图像对(包括第一图像和第二图像的图像对)。并且设置两台摄像机，以确保它们在光学上对齐。还使两台摄像机的焦距和光圈相同，以保证每个图像对的几何排列。由于近红外光在光谱中接近于红光，用拍摄的图像的红色通道来表示近红外图像。
44.优选地，给定一个i/n图像对，使用近红外闪光图像n来对可见光环境图像i进行去噪，然后应用细节转移来进一步增强去噪结果的细节。去噪的可见环境图像去噪建立在加权最小二乘法(wls)平滑的基础上。给定一个图像i，wls平滑法寻求一个新的图像is，它尽可能地接近i，并且除了i中重要的梯度位置外，其他地方都尽可能地平滑。形式上，is可以表示为：
[0045][0046]
其中，下标p表示像素位置，λ在两个条款之间平衡。对于正常的wls平滑，空间变化的平滑度权重w
ap
和w
yp
定义如下：
[0047]
[0048][0049]
其中e是一个小常数(通常是0.0001)，以避免被零除。α控制对i的梯度的敏感性。通常情况下，其值在1.2和2.0之间。
[0050]
在每个rgb颜色通道中对i进行正常的wls平滑处理。λ的值取决于图像i的噪声水平。对于一个较高的噪声水平，λ被设置得更大。使用正常的wls平滑，可以在一定程度上消除可见图像v的噪声。然而，由于图像的不同区域的噪声水平不同，一些区域可能会被过度平滑。近红外闪光图像n包含与可见光图像相同的图像结构，它没有受到噪声的污染。因此，可以用它来指导平滑工作，以避免过度/不足的平滑。然而，由于不同的材料对可见光和近红外光有不同的反射率，i中的一些边缘可能在n中消失，这导致平滑结果中的边缘模糊。然而，这些边缘，特别是强边缘，可以在is中找到。因此，使用is和n的信息来进行平滑处理。图像n是单色的，不包含颜色信息。因此，将图像i从rgb颜色空间转换为yiq颜色空间，并将其强度(y通道)和颜色成分(i和q通道)表示为ii和ic。同样地，将图像is的强度和颜色分量表示为和扩展正常的wls平滑，并将其应用于ii。新的平滑方法与方程式的形式相同。结合v b i和n的梯度，然后定义新的平滑度权重为：
[0051][0052]
其中|-|表示绝对值。由于平滑使用了i和n的信息，称其为双wls平滑。因此，双wls平滑降低了噪声同时保留可见图像的边缘。
[0053]
值得一提的是，本发明专利申请涉及的相机、近红外光等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
[0054]
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。