CN109120861A - 一种极低照度下的高质量成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种极低照度下的高质量成像方法及系统，应用于拍摄终端，拍摄终端内置处于不同位置的可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，该方法中，首先利用可见光摄像头获取场景的彩色信息，利用两个红外摄像头分别获取场景的亮度信息，然后在低光照提条件下，通过将彩色信息和一个红外摄像头的亮度信息进行图像融合可以得到复原图像，同时两个红外摄像头组成的双目立体视觉系统可以得到极低照度下的场景的深度信息，最后输出复原图像及深度信息。本发明能够获得极低照度下的高质量成像效果，可以生成色彩丰富，亮度较高的高质量夜视图像，具有成本低、实现难度低等优点。

Description

一种极低照度下的高质量成像方法及系统
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其是一种极低照度下的高质量成像方法及系统。
背景技术
低照度摄像机是指在低光照条件下仍然可以摄取清晰图像的监控摄像机。低照度摄像机已经广泛应用于安防监控领域。
在安防监控领域，大多数摄像机集成有可见光摄像头和红外摄像头，可见光摄像头只能采集彩色图像，在正常光照条件下，彩色图像的质量较高，可以满足高质量成像要求，但是在低光照条件下，特别是在极低照度下，彩色图像的质量非常低，因此利用红外摄像头采集红外图像进行补光，但是补光后的图像是黑白图像，成像质量低，难以满足高质量成像要求，而且，这类摄像机并不能获取场景的三维空间信息，因此进一步限制了其应用。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种极低照度下的高质量成像方法及系统，能够获得极低照度下的高质量成像效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种极低照度下的高质量成像方法，所述高质量成像方法应用于拍摄终端，所述拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置，所述高质量成像方法包括以下步骤：S1：利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像；S2：利用预置的标定数据对所述彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像；S3：对所述彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到所述彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及所述第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系；S4：检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件；S5：在当前场景处于低光照条件时，获取所述彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据所述第一点对点映射关系将所述彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据所述第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述复原图像以及所述深度信息。
优选的，所述高质量成像方法还包括：S6：在当前场景处于正常光照条件时，根据所述第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述彩色图像以及所述深度信息。
优选的，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，所述第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢所述可见光摄像头。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种极低照度下的高质量成像系统，所述高质量成像系统应用于拍摄终端，所述拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置，所述高质量成像系统包括：图像获取模块，用于利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像；双目校正模块，用于利用预置的标定数据对所述彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像；双目匹配模块，用于对所述彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到所述彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及所述第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系；光照检测模块，用于检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件；成像处理模块，用于在当前场景处于低光照条件时，获取所述彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据所述第一点对点映射关系将所述彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据所述第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述复原图像以及所述深度信息。
优选的，所述成像处理模块还用于在当前场景处于正常光照条件时，根据所述第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述彩色图像以及所述深度信息。
优选的，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，所述第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢所述可见光摄像头。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的极低照度下的高质量成像方法及系统利用可见光摄像头获取场景的彩色信息、利用两个红外摄像头获取场景的亮度信息，通过将彩色信息和一个红外摄像头的亮度信息进行图像融合可以得到低光照条件下的复原图像，同时两个红外摄像头组成的双目立体视觉系统可以得到极低照度下的场景的深度信息，从而能够获得极低照度下的高质量成像效果，可以生成色彩丰富，亮度较高的高质量夜视图像，具有成本低、实现难度低等优点，同时场景的深度信息可以反映出场景的三维空间信息，可以适用于更多的应用场合。
附图说明
图1是本发明实施例的极低照度下的高质量成像方法的流程示意图。
图2是本发明实施例的极低照度下的高质量成像系统的原理框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，在本发明实施例中，高质量成像方法应用于拍摄终端，拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置。
极低照度下的高质量成像方法包括以下步骤：
S1：利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像。
其中，可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头都对同一场景进行拍摄，所得到的彩色图像、第一红外图像和第二红外图像是完全同步的。
S2：利用预置的标定数据对彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像。
其中，标定数据来源于拍摄终端制造商，拍摄终端制造商会对可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头进行标定，标定完成后，就会得到标定数据，供后续使用。经过校正后，可以将场景由世界坐标系转换到图像坐标系。
S3：对彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系。
其中，通过第一点对点映射关系，对于彩色图像中的任一点都能够在第一红外图像中找到对应的点，同样的，通过第二点对点映射关系，对于第一红外图像中的任一点都能够在第二红外图像中找到对应的点。
S4：检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件。
S5：在当前场景处于低光照条件时，获取彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据第一点对点映射关系将彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出复原图像以及深度信息。
其中，在低光照条件下，特别是极低照度下，彩色图像的质量低，难以反映出场景的特征，而将彩色信息和亮度信息进行图像融合后，不仅可以得到高质量的复原图像，而且该复原图像还是彩色的，能够具有比较丰富的特征，可以解决场景过暗、过曝的问题，达到宽动态的成像效果。同时，复原图像配合场景的深度信息可以适用于更多的应用场合。而且运用双目立体视觉技术，将第一红外摄像头和第二红外摄像头组成双目立体视觉系统，可以根据第二点对点映射关系得到极低照度下的当前场景的准确深度信息，深度信息能够反映出场景的三维空间信息。
在本实施例中，高质量成像方法还包括：
S6：在当前场景处于正常光照条件时，根据第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出彩色图像以及深度信息。
其中，在正常光照条件下，彩色图像的质量通常较高，无需进行处理，可以直接输出使用，而且运用双目立体视觉技术，将可见光摄像头和第一红外摄像头组成双目立体视觉系统，可以根据第一点对点映射关系得到正常光照条件下的当前场景的准确深度信息，深度信息能够反映出场景的三维空间信息。同时，彩色图像配合场景的深度信息可以适用于更多的应用场景。
拍摄终端内的三个摄像头可以由多种多样的组合方式，例如，在本实施例中，可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢可见光摄像头。
通过上述方式，本发明的高质量成像方法利用两个红外摄像头获取场景的亮度信息，利用可见光摄像头获取场景的彩色信息，在低光照条件下，利用图像融合技术将彩色信息和亮度信息融合，可以获得彩色的高质量成像效果，同时，利用两个红外摄像头之间的间隔，可以通过双目立体视觉技术获取场景的深度信息。
如图2所示，在本发明实施例中，高质量成像系统应用于拍摄终端，所述拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置。极低照度下的高质量成像系统包括图像获取模块21、双目校正模块22、双目匹配模块23、光照检测模块24和成像处理模块25。
图像获取模块21用于利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像。其中，可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头都对同一场景进行拍摄，所得到的彩色图像、第一红外图像和第二红外图像是完全同步的。
双目校正模块22用于利用预置的标定数据对彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像。其中，标定数据来源于拍摄终端制造商，拍摄终端制造商会对可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头进行标定，标定完成后，就会得到标定数据，供后续使用。经过校正后，可以将场景由世界坐标系转换到图像坐标系。
双目匹配模块23用于对彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系。其中，通过第一点对点映射关系，对于彩色图像中的任一点都能够在第一红外图像中找到对应的点，同样的，通过第二点对点映射关系，对于第一红外图像中的任一点都能够在第二红外图像中找到对应的点。
光照检测模块24用于检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件。
成像处理模块25用于在当前场景处于低光照条件时，获取彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据第一点对点映射关系将彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出复原图像以及深度信息。其中，在低光照条件下，特别是极低照度下，彩色图像的质量低，难以反映出场景的特征，而将彩色信息和亮度信息进行图像融合后，不仅可以得到高质量的复原图像，而且该复原图像还是彩色的，能够具有比较丰富的特征，可以解决场景过暗、过曝的问题，达到宽动态的成像效果。同时，复原图像配合场景的深度信息可以适用于更多的应用场合。而且运用双目立体视觉技术，将第一红外摄像头和第二红外摄像头组成双目立体视觉系统，可以根据第二点对点映射关系得到极低照度下的当前场景的准确深度信息，深度信息能够反映出场景的三维空间信息。
在本实施例中，成像处理模块25还用于在当前场景处于正常光照条件时，根据第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出彩色图像以及深度信息。其中，在正常光照条件下，彩色图像的质量通常较高，无需进行处理，可以直接输出使用，而且运用双目立体视觉技术，将可见光摄像头和第一红外摄像头组成双目立体视觉系统，可以根据第一点对点映射关系得到正常光照条件下的当前场景的准确深度信息，深度信息能够反映出场景的三维空间信息。同时，彩色图像配合场景的深度信息可以适用于更多的应用场景。
拍摄终端内的三个摄像头可以由多种多样的组合方式，例如，在本实施例中，可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢可见光摄像头。
通过上述方式，本发明的高质量成像系统利用两个红外摄像头获取场景的亮度信息，利用可见光摄像头获取场景的彩色信息，在低光照条件下，利用图像融合技术将彩色信息和亮度信息融合，可以获得彩色的高质量成像效果，同时，利用两个红外摄像头之间的间隔，可以通过双目立体视觉技术获取场景的深度信息。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种极低照度下的高质量成像方法，其特征在于，所述高质量成像方法应用于拍摄终端，所述拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置，所述高质量成像方法包括以下步骤：
S1：利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像；
S2：利用预置的标定数据对所述彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像；
S3：对所述彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到所述彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及所述第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系；
S4：检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件；
S5：在当前场景处于低光照条件时，获取所述彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据所述第一点对点映射关系将所述彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据所述第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述复原图像以及所述深度信息。
2.根据权利要求1所述的高质量成像方法，其特征在于，所述高质量成像方法还包括：
S6：在当前场景处于正常光照条件时，根据所述第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述彩色图像以及所述深度信息。
3.根据权利要求1所述的高质量成像方法，其特征在于，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，所述第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢所述可见光摄像头。
4.一种极低照度下的高质量成像系统，其特征在于，所述高质量成像系统应用于拍摄终端，所述拍摄终端内置可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头均位于不同位置，所述高质量成像系统包括：
图像获取模块，用于利用可见光摄像头获取当前场景的彩色图像，利用第一红外摄像头获取当前场景的第一红外图像，以及利用第二红外摄像头获取当前场景的第二红外图像；
双目校正模块，用于利用预置的标定数据对所述彩色图像、第一红外图像和第二红外图像分别进行校正，得到彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像；
双目匹配模块，用于对所述彩色校正图像、第一红外校正图像和第二红外校正图像进行立体匹配，得到所述彩色图像和第一红外图像的第一点对点映射关系以及所述第一红外图像和第二红外图像的第二点对点映射关系；
光照检测模块，用于检测当前场景处于低光照条件还是正常光照条件；
成像处理模块，用于在当前场景处于低光照条件时，获取所述彩色图像的彩色信息和第一红外图像的亮度信息，根据所述第一点对点映射关系将所述彩色信息和亮度信息进行图像融合得到复原图像，以及根据所述第二点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述复原图像以及所述深度信息。
5.根据权利要求4所述的高质量成像系统，其特征在于，所述成像处理模块还用于在当前场景处于正常光照条件时，根据所述第一点对点映射关系得到当前场景的深度信息，并输出所述彩色图像以及所述深度信息。
6.根据权利要求4所述的高质量成像系统，其特征在于，所述可见光摄像头、第一红外摄像头和第二红外摄像头排成一行，且所有摄像头的光心在一条直线上，所述第一红外摄像头位于可见光摄像头与第二红外摄像头之间，并且靠拢所述可见光摄像头。
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