CN101052124A

CN101052124A - 一种机动车、船夜视装置

Info

Publication number: CN101052124A
Application number: CNA2007100988942A
Authority: CN
Inventors: 戴宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-29
Filing date: 2007-04-29
Publication date: 2007-10-10

Abstract

一种机动车、船夜视装置，适用于现实的夜间路面交通流中，即使有来往多辆车辆和路边的一些灯光以及上下行船只的灯光，但所显示的图像不会出现大片的耀斑，使驾驶员对路面及周围景物看得非常清楚地夜视装置，采用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置对道路上的目标(行人、车辆或障碍物)进行拍摄采集，中央处理器利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，经过一系列计算，对目标(行人、车辆或障碍物)进行定位、测距、图像合成处理、重建得到红外低照度时实连续的超宽动态范围图像显示、同时报警，提醒驾驶者注意并采取必要措施，另外，本发明还具有卫星定位，图像记录及媒体播放等功能，它不仅可以安装在车辆上，同样可以安装在船舶上。

Description

一种机动车、船夜视装置

技术领域

本发明涉及一种机动车、船夜视装置，特别是通过双路宽动态范围摄像机装置的图像对道路上的目标(行人、车辆或障碍物)进行定位、测距、图像合成处理、显示、报警的装置。

背景技术

目前，一些机动车夜视仪装置，中国专利(CN1902522A)基本上是使用1台CCD、或1台CMOS光敏摄像机，采用具有部分滤光器遮盖感光芯片的方法，在前方没有任何车辆及灯光时，或只有一辆对面来车时，能够使驾驶者看到一定距离的路面情况，但是在现实的夜间路面交通流中，道路上来往的多辆车辆灯光和路边的一些灯光会使这1台CCD、或1台CMOS光敏摄像机所显示的图像出现大片的耀斑，使驾驶员无法看清楚前方道路路面情况，在现实的夜间路面交通流中无法正常使用，另外即使没有很多车辆会车时，能够看清楚道路上的目标(行人、车辆及障碍物)也无法准确判定目标的位置、距离，因此夜间行车安全得不到保障。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种适用于现实的夜间路面交通流中，即使有来往车辆的多辆车辆灯光和路边的一些灯光以及上下行船只的灯光，但所显示的图像不会出现大片的耀斑，使驾驶员对路面及周围景物看得非常清楚地夜视装置，它采用2组红外发射装置面向机动车、船将要行驶的道路、水路进行照射，同时使用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，其中1台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的感光芯片全部被滤光器所遮盖，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，对道路上的目标(行人、车辆或障碍物)进行拍摄采集，中央处理器利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，经过一系列计算，对目标(行人、车辆或障碍物)进行定位、测距、图像合成处理、重建得到红外低照度时实连续的超宽动态范围图像、显示、同时报警，提醒驾驶者注意并采取必要措施，另外，本发明还具有卫星定位，图像记录及媒体播放等功能，它不仅可以安装在车辆上，同样可以安装在船舶上。

本发明的目的是这样实现的：由2组红外发射装置、2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，其中1台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的感光芯片全部被滤光器所遮盖，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，同步信号产生及控制器、存储器、中央处理器、显示装置、蜂鸣报警器、卫星定位装置、图像记录装置、媒体播放装置组成，同步信号产生及控制器分别联接2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置及中央处理器，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置与各自的存储器联接，存储器与中央处理器联接，中央处理器分别与蜂鸣报警器、图像记录装置、显示装置联接，卫星定位装置、媒体播放装置分别联接到显示装置。

本发明的机动车、船夜视装置是采用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置实现时实连续的宽动态范围图像采集的，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，其中1台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的感光芯片全部被滤光器所遮盖。

近年来宽动态范围摄像机这一领域得到了深入的研究，扩大摄像机动态范围的解决方案可以分为以下三类：

a、压缩感应特性曲线

用一个具有对数响应的传感器压缩感应特性曲线。

它由两个方法实现：

第一个方法是用一个CMOS传感器，它以一个瞬时电流读出模式工作。在该模式下，光探测器产生的光电流被馈入一个有对数响应的装置里以压缩传感器转换曲线，该装置比如是一个连接MOS晶体管的二极管，这种配置可以实现很宽的动态范围。

压缩感应曲线的第二种方法是用一种参照井容量(well capacity)调节的技术。这里，通过在曝光时间内一次或多次增加井容量(well capacity)来增加动态范围。积分期间井容量(well capacity)单调地增加到它的最大值。多余的光生电荷通过一个溢流门排出。

b、多次取样

在多次取样中，景物在不同曝光时期成像多次并且将数据结合起来构成一个宽动态范围图像。对于这种在合理的捕获次数下工作的方法，读出过程必须在比普通的活动象素传感器(APS)高得多的速度下完成。这种多次取样方案有效地实现了宽动态范围。

c、控制积分时间

控制积分时间是相比其他方法更具有一些有前途特点的第三种方法。大体上，每个象素的曝光时间被单独调整以便它们在每个积分周期结束时不会饱和。有许多途径来实现该方法。

上述的三类解决方案，国内外对此已经作了大量的研究工作，比较成熟，实际使用效果也比较好，可以满足机动车、船夜视装置中的红外低照度宽动态范围摄像机装置需要。

本发明采用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置同时成像来获取空间物体的三维信息，其工作原理是：某一空间点在左右2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置平面的投影分别与相应红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置光心的联线在空间必相交于唯一点，即上述空间点。我们通过求出2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置对应图像平面对应点的坐标差值(视差)，借助2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置之间的距离(基线长度)和红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置标定技术既可以恢复空间点的三维空间表示。在实际处理过程中利用左右红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置对场景物体或目标进行同时拍照，得到同一物体不同角度的两幅图片，通过中央处理器实现左右图像中对应点的匹配，根据对应图像点在相应图像坐标系中的坐标差值(视差)，得到空间物体的视差图，然后根据红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置标定技术(从红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置图像坐标系到空间坐标系之间的映射技术)和三维空间的重建技术实现场景目标(在两幅图像中具有重叠部分的空间物体)的空间三维信息重现，由此获取最为完整的三维图像信息。

近年来，双路视觉技术领域得到了深入的研究，并且有了广泛的应用。例如通过模拟两只眼睛，并利用所拍下的左、右视图重叠部分的相关性计算深度信息，最终确定感兴趣物体的方位信息。其主要技术包括两个方面，一个是确定左、右视图之间的空间几何关系，另外一个就是在左、右视图上寻找同名像素点的问题。国内外对此已经作了大量的研究工作，算法比较成熟，实际使用效果也比较好，可以满足基于红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的双路定位处理系统的需要。

在红外低照度时实连续的超宽动态范围图像重建时，是通过对2幅图像的位置进行校正、融合，红外低照度时实连续的超宽动态范围图像的重建可以采用简单的求平均值、加权值、曲面拟合插值等，还可以通过先对图像敏感器件的响应曲线进行标定，然后基于响应曲线将2幅图像融合在一起，形成1幅红外低照度时实连续的超宽动态范围图像。

本发明的机动车、船夜视装置是由2组红外发射装置、2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，其中1台宽动态范围摄像机装置的感光芯片全部被滤光器所遮盖，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，用同步信号产生及控制器、存储器、中央处理器、蜂鸣报警器、显示装置、卫星定位装置、图像记录装置、媒体播放装置组成，用同步信号产生及控制器作为2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的控制器，可以对2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的曝光时间、数据传输等进行控制，以实现2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置图像采样、数据传输等的同步性，存储器是用来存储所采集的图像信息的，同时也为检测算法提供数据交换的空间，中央处理器是整个系统的核心部件，它提供了最基本的控制信号，以及利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，完成目标位置参数提取，目标相对速度参数提取，行车位置和方向的测量，进而计算出本车车速及到达前方目标的距离和时间，根据本车的有效刹车距离(这是按照国家的行车规范设定的，例如，车速100公里/小时，有效刹车距离为80米)提前n秒由蜂鸣报警器发出蜂鸣报警、(n为1-180之间自然数，可根据驾驶者习惯进行调节)同时，通过对2幅图像的位置进行校正、融合，重建可以采用简单的求平均值、加权值、曲面拟合插值等，还可以通过先对图像敏感器件的响应曲线进行标定，然后基于响应曲线将2幅图像融合在一起，形成1幅红外低照度时实连续的超宽动态范围图像，进而输出到显示装置，显示装置显示图像目标(行人、车辆及障碍物)的边框闪耀，图像记录装置时实进行记录，出发时可通过卫星定位装置了解自己所要到达的目的地的方位，到达目的地后可通过图像记录装置查看行驶过程或欣赏媒体播放器所播放的内容及收看电视节目。

同步信号产生及控制器的数据信号线，分别联接2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置以及中央处理器，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的数据信号线与各自的存储器联接，存储器与中央处理器联接、中央处理器的数据信号线分别与蜂鸣报警器、图像记录装置、显示装置联接，卫星定位装置、媒体播放装置的数据信号线分别联接到显示装置。

在机动车、船的前方安装2组红外发射装置，朝向机动车、船的前方照射道路情况，在机动车、船的前方安装2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置朝向机动车、船的前方拍摄采集道路情况，在机动车、船中放置同步信号产生及控制器、存储器、中央处理器、蜂鸣报警器、图像记录装置、显示装置、卫星定位装置、媒体播放装置，同步信号产生及控制器、存储器、中央处理器、可以集成在一块线路板上。

在本发明的具体实施过程中：

上述的中央处理器是个人计算机、DSP数字信号处理器或嵌入式处理器。

上述的红外发射装置，可选自下列红外发光装置之一：半导体红外激光发射管，红外发射二极管，加装红外滤光器的灯。

上述的图像记录装置，可选自下列记录装置之一：硬盘记录机，磁带记录机，闪存卡记录机。

上述的媒体播放装置可选自下列播放装置之一：DVD播放器，VCD播放器，MP3播放器，MP4播放器，CD播放器。

上述的显示装置可选自下列显示装置之一：液晶显示器，投影机，有机发光显示器，显像管显示器，液晶电视显示器，抬头显示器。

上述的滤光器可以安装在感光芯片上或安装在镜头光路入射端。

上述的滤光器加工制成可见光截止红外光通过模式。

本发明的有益效果是，它采用2组红外灯装置面向机动车、船将要行驶的道路、水路进行照射，同时使用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置对道路上的目标(行人、车辆或障碍物)进行拍摄采集现实对夜间路面交通流进行观察，即使有来往多辆车辆、上下行船舶及路边与水面上的一些灯光，但所显示的图像不会出现大片的耀斑，使驾驶员对路面及周围景物看得非常清楚，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置其中1台宽动态范围摄像机装置的感光芯片全部被滤光器所遮盖，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，对道路上的目标(行人、车辆或障碍物)进行拍摄采集，中央处理器利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，经过一系列计算，对目标(行人、车辆或障碍物)进行定位、测距、图像合成处理、重建得到红外低照度时实连续的超宽动态范围图像、显示、同时报警，提醒驾驶者注意并采取必要措施，另外，本发明还具有卫星定位，图像记录及媒体播放等功能，它不仅可以安装在车辆上，同样可以安装在船舶上。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本机动车、船夜视装置结构方框图。

图2是红外发射装置示意图。

图3是安装有滤光器的1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的横截面示意图。

图4是遮盖在1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置感光芯片上的滤光器示意图。

图5是安装在镜头光路入射端上的滤光器示意图。

具体实施方式

根据图2所示，红外发射装置是由11、12、2组红外发光装置组成，其中11包括C、D两个组件；12包括E、F两个组件，它们都安装在机动车、船的前方，照射机动车、船的前方道路情况。

根据图3所示，15是1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的机身，14是镜头，机身内的感光芯片13被滤光器H完全遮盖。

滤光器H根据需要可以安装在1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的光路中的不同位置，如图4所示，可以更加清楚的看到13感光芯片被滤光器H完全遮盖；另外，还可以采用如图5所示，在14镜头的光路入射端安装H滤光器。

根据图1所示，1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，作为图像的采集设备，其中1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的感光芯片13全部被滤光器H所遮盖，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置之间的几何位置是固定的，可以精确测量，用来进行以后的标定，3同步信号产生及控制器完成对1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置与2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的控制工作，它根据5中央处理器所发出的指令，执行事先设计好的控制命令，4存储器用于对所拍摄图像的存储，供5中央处理器处理使用，同时根据它的工作情况，对3同步信号产生及控制器发出指令，使图像的采集与处理协调进行，5中央处理器将处理完成的信息分别输出到6蜂鸣报警器、7图像记录装置、8显示装置，9卫星定位装置、10媒体播放器装置分别输出到8显示装置。

本发明的机动车、船夜视装置是由1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、3同步信号产生及控制器、4存储器、5中央处理器、6蜂鸣报警器、7图像记录装置、8显示装置、9卫星定位装置、10媒体播放器装置组成，3同步信号产生及控制器作为1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置与2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的控制器，可以对2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的曝光时间、数据传输等进行控制，以实现1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置与2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置图像采样、数据传输等的同步性，4存储器是用来存储所采集的图像信息的，同时也为检测算法提供数据交换的空间，5中央处理器是整个系统的核心部件，它提供了最基本的控制信号，以及利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，完成目标位置参数提取，目标相对速度参数提取，行车位置和方向的测量，进而计算出本车车速及到达前方目标的距离和时间，根据本车的有效刹车距离(这是按照国家的行车规范设定的，例如，车速100公里/小时，有效刹车距离为80米)提前n秒由6蜂鸣报警器发出蜂鸣报警、(n为1-180之间自然数，可根据驾驶者习惯进行调节)同时，通过对2幅图像的位置进行校正、融合，重建可以采用简单的求平均值、加权值、曲面拟合插值等，还可以通过先对图像敏感器件的响应曲线进行标定，然后基于响应曲线将2幅图像融合在一起，形成1幅红外低照度时实连续的超宽动态范围图像，进而输出到8显示装置，显示装置8显示图像目标(行人、车辆及障碍物)的边框闪耀，7图像记录装置时实进行记录，出发时可通过9卫星定位装置了解自己所要到达的目的地的方位，到达目的地后可通过7图像记录装置查看行驶过程或欣赏10媒体播放器所播放的内容及收看电视节目。

3同步信号产生及控制器的数据信号线分别联接1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置及5中央处理器，1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置的数据信号线与各自的存储器4联接，4存储器与5中央处理器联接、5中央处理器的数据信号线分别与6蜂鸣报警器、7图像记录装置、8显示装置联接，9卫星定位装置、10媒体播放装置的数据信号线分别联接到8显示装置。

在机动车、船的前方安装1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置B、朝向机动车、船的前方拍摄采集道路情况，在机动车、船中放置3同步信号产生及控制器、4存储器、5中央处理器、6蜂鸣报警器、7图像记录装置、8显示装置、9卫星定位装置、10媒体播放装置，3同步信号产生及控制器、4存储器、5中央处理器、集成在一块线路板上。

上述的滤光器可以安装在感光芯片上或安装在镜头的光路入射端。

上述的滤光器加工制成可见光截止红外光通过模式。

此外，本申请发明并不限于上述实施例，可以在实施阶段在不脱离其要点范围内进行各种变形。而且，含有在上述实施例中种种阶段的方案，由所披露的多个构成要件的适当组合可以做出各种方案。例如，即使从实施例中揭示的全体构成要件中删去几个构成要件，也能获得效果的情况下，可以将该构成要件删除之后的构成作为方案抽出。

由于采用上述方案，机动车、船驾驶者在夜间驾驶时可先通过卫星定位了解自己所要到达的目的地的方位，然后启动机动车、船夜视装置，途中即使有来往的多辆车辆、上下行船只及路边与水面的一些灯光，但所显示的图像不会出现大片的耀斑，使驾驶员对路面及周围景物看得非常清楚，机动车、船夜视装置通过2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置对路面情况进行收集，中央处理器利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，经过一系列计算，进而计算出本车车速及到达前方目标(行人、车辆或障碍物)的距离和时间，根据本车的有效刹车距离，提前n秒由蜂鸣报警器发出蜂鸣报警，同时，通过对2幅图像的位置进行校正、融合，重建形成1幅红外低照度时实连续的超宽动态范围图像，进而输出到显示装置，显示装置显示图像目标(行人、车辆或障碍物)边框闪耀，提醒驾驶者注意并采取必要措施，到达目的地后驾驶者可通过图像记录装置查看行驶过程或欣赏媒体播放器所播放的内容及收看电视节目。

Claims

1.一种机动车、船夜视装置，通过2台摄像机的双路视觉定位原理对道路上的目标进行拍摄采集，中央处理器利用集成好的算法对采集到的图像序列进行处理，经过一系列计算，对目标进行定位、测距、图像合成处理、同时报警、显示，其特征在于：采用2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，第1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(1)、第2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(2)实现时实连续的宽动态范围图像采集的，摄像机装置是电荷耦合器件(CCD)摄像机或互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置，其中第1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(1)的感光芯片(13)全部被滤光器(H)所遮盖。

2.如权利要求1所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：由红外发射装置、红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置、同步信号产生及控制器、存储器、中央处理器、显示装置、蜂鸣报警器、卫星定位装置、图像记录装置、媒体播放装置组成，2组红外发射装置是第1红外发射装置(11)、第2红外发射装置(12)、其中第1红外发射装置(11)包括(C)、(D)两个组件；第2红外发射装置(12)包括(E)、(F)两个组件，2台红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置是第1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(1)、第2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(2)，(3)同步信号产生及控制器分别联接第1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(1)、第2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(2)及(5)中央处理器，第1红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(1)、第2红外低照度时实连续的宽动态范围摄像机装置(2)与各自的(4)存储器联接，(4)存储器与(5)中央处理器联接，(5)中央处理器分别与(6)蜂鸣报警器、(7)图像记录装置、(8)显示装置联接，(9)卫星定位装置、(10)媒体播放装置分别联接到(8)显示装置。

3.如权利要求2所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：所述的中央处理器是个人计算机、DSP数字信号处理器或嵌入式处理器。

4.如权利要求2所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：上述的红外发射装置，可选自下列红外发光装置之一：半导体红外激光发射管，红外发射二极管，加装红外滤光器的灯。

5.如权利要求2所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：所述的图像记录装置，可选自下列记录装置之一：硬盘记录机，磁带记录机，闪存卡记录机。

6.如权利要求2所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：所述的媒体播放装置可选自下列播放装置之一：DVD播放器，VCD播放器，MP3播放器，MP4播放器，CD播放器。

7.如权利要求2所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：所述的显示装置可选自下列显示装置之一：液晶显示器，投影机，有机发光显示器，显像管显示器，液晶电视显示器，抬头显示器。

8.如权利要求1所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：上述的滤光器(H)可以安装在(13)感光芯片上或安装在(14)镜头光路入射端。

9.如权利要求1所述的机动车、船夜视装置，其特征在于：上述的滤光器(H)加工制成可见光截止红外光通过模式。