CN109495682A - 一种红外图像采集分析回放方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外图像采集分析回放方法及装置，本发明可以依据需求和采集到的特定场景的红外图像进行算法的早期预研验证、性能评估并开展相关技术储备工作；借助红外图像综合分析功能，可以对采集的图像进行数据分析；借助红外图像模拟信号生成和回放功能，可以在早期红外系统不具备输出红外视频信号的前提下，产生信号处理硬件所需满足系统时序要求的真实场景及临界指标的红外视频信号，方便硬件实现人员进行算法的提前移植验证，从而缩短研发周期，优化研发流程，规避风险，节约成本，使得研发效果可控，同时可以替代热像仪作为图像输入设备，用于系统的联调，减少热像仪的使用次数，节约硬件成本。

Description

一种红外图像采集分析回放方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种红外图像采集分析回放方法及装置。
背景技术
红外搜索与跟踪(IRST)系统是一种宽视场预警探测监视系统，相较于雷达，它以被动的方式对潜在的目标进行搜索、检测和跟踪，为战场人员提供更强的态势感知能力，IRST系统要求具备远程探测目标的能力，并且具备高探测概率和极低的虚警率，以及对目标的稳定跟踪能力，这就对IRST系统的研制提出了更高的要求。
IRST系统研制，涉及到光、机、电、算的各个领域，当各个分系统根据分解得到的系统指标设计完成后，其性能参数基本就确定了，此时对IRST系统性能起决定作用的就集中在信号处理分系统，其性能是可以针对系统及应用特点，通过改进、优化信号处理算法等修改软件的方式进行大幅提升的。
传统IRST系统中，信号处理分系统的研制主要包含两方面的工作，一方面是针对系统应用特点，设计并仿真信号处理算法，此时要求具备特定应用场景下的原始数据作为仿真输入，这就要求提供一种红外图像数据采集设备，对相关应用场景进行数据采集；另一方面，就是信号处理硬件接口调试及算法的移植优化工作，此时需要红外图像数据源按一定时序及协议要求输入到信号处理分系统，有时为了对系统的极限指标进行摸底测试，需要图像中包含符合临界指标的目标数据，此外，为了测试信号处理系统的稳定性，还需要输入一些故障或异常信号对系统进行全面测试。
也就是说，现有的信号处理分系统进行系统全面测试时，需配备专门的设备才能实现。
发明内容
本发明提供了一种红外图像采集分析回放方法及装置，以解决现有技术中信号处理分系统无法提前进行全面研发和测试的问题。
本发明第一方面提供了一种红外图像采集分析回放方法，包括：
对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和采集参数信息，并按预设要求进行预览显示；
对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
对采集的预设红外数据，经过图像增强处理后，借助图像缩放和播放预览功能进行标注；
对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
对存储的数据按预设的回放条件进行回放。
优选地，所述预设采集条件包括以下中的一种或多种：预定目标的数据帧、预定角度的视频帧。
优选地，所述系统工作参数包括以下中的一种或多种：焦距、F数、波段。
优选地，所述采集参数信息包括以下中的一种或多种：时间、地点、能见度。
优选地，所述兴趣区域的图像参数包括以下中的一种或多种：最大灰度、最小灰度、均值、直方图、信噪比。
优选地，所述人工目标为符合临界指标的兴趣目标。
优选地，所述人工噪声包括以下中的一种或多种：白噪声、高斯噪声、周期信号干扰。
本发明第二方面提供了一种红外图像采集分析回放装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和采集参数信息，并按预设要求进行预览显示；
分析模块，用于对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
数据标注模块，用于对采集的预设红外数据进行标注，以进行图像增强显示、图像播放预览以及图像缩放；
模拟信号生成模块，用于对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
回放控制模块，用于对所述红外图像模拟信号生成模块存储的数据按预设的回放条件进行回放。
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现上述任一种所述的红外图像采集分析回放方法。
本发明有益效果如下：
本发明借助采集功能，信号处理算法设计人员可以依据需求和采集到的特定场景的红外图像进行算法(如目标检测、目标跟踪和目标识别算法等)的早期预研验证、性能评估并开展相关技术储备工作；借助红外图像综合分析功能，可以对采集的图像进行数据分析；借助红外图像模拟信号生成和回放功能，可以在早期红外系统不具备输出红外视频信号的前提下，产生信号处理硬件所需满足系统时序要求的真实场景及临界指标的红外视频信号，方便硬件实现人员进行算法的提前移植验证，从而缩短研发周期，优化研发流程，规避风险，节约成本，使得研发效果可控，同时可以替代热像仪作为图像输入设备，用于系统的联调，减少热像仪的使用次数，节约硬件成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例的一种红外图像采集分析回放方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的另一种一种红外图像采集分析回放装置结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明第一实施例提供了一种红外图像采集分析回放方法，参见图1，该方法包括：
S101、对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和采集参数信息，并按预设要求进行预览显示；
所述预设采集条件包括以下中的一种或多种：预定目标的数据帧、预定角度的视频帧。
具体来说，考虑到实际使用情况，本发明实施例的数据采集应支持对原始红外数据的实时连续采集预览模式和仅针对兴趣帧的抽样采集预览模式，对于后者主要是考虑到光电系统工作于周期扫描模式时对兴趣帧(如仅对包含目标的数据帧或一定角度的视频帧)的预览或采集；此外为了方便后续对不同参数、不同环境采集的图像数据进行分析，采集软件应具备记录系统工作参数(如焦距、F数、波段等)和采集参数信息，即环境气候等信息(时间、地点、能见度等)。
S102、对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
本发明实施例中，需具备对整帧图像或兴趣区域(ROI)的常规的图像参数(如最大最小灰度、均值、直方图、信噪比等)分析显示功能，此外为了方便使用者对原始红外数据(多为16bit)的观察，需预置几种常规图像增强显示算法(如线性映射、开窗显示、直方图均衡等)。
S103、对采集的预设红外数据进行标注，以进行图像增强显示、图像播放预览以及图像缩放；
本发明实施例主要是完成对红外大数据的标注功能，从而建立感兴趣目标的红外图像库，为红外目标跟踪或红外目标识别提供数据支撑，该模块需具备一下功能：
常规图像增强显示(如线性映射、开窗显示、直方图均衡等)模式设置功能，方便使用者观察兴趣目标；
图像播放预览功能，具备单帧前进、后退等功能；
图像缩放功能，方便用户对指定兴趣区域进行缩放操作，选取兴趣目标区域图像；
数据标注功能，采用常规数据标注文件格式存储，可考虑支持对主流深度学习框架采用的视频数据标注格式；
S104、对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
为提高红外图像模拟信号生成的灵活性，主要是针对特定背景图像叠加人工目标(主要指符合临界指标的兴趣目标)和人工噪声(如白噪声、高斯噪声、周期信号干扰等)，并进行存储，以供后续红外图像回放控制软件模块使用。
S105、对存储的数据按预设的回放条件进行回放。
应考虑对不同硬件接口的数据回放单元的兼容性，采用中间件技术屏蔽底层硬件实现细节，同时向上层应用提供统一的硬件调用接口，以实现统一的人机交互界面对不同数据回放单元的支持；红外图像回放控制软件与数据回放单元作为一个有机整体为信号处理算法硬件实现提供如下几个方面的数据回放支撑：
信号处理数据链路调试阶段，提供满足系统时序要求的红外视频信号；
信号处理算法调试阶段，提供满足系统时序要求、同时又满足应用场景需求的红外视频信号；
信号处理算法硬件性能摸底阶段，提供满足系统时序要求、同时具备符合临界指标要求的红外视频信号；
信号处理硬件测试阶段，提供正常红外视频信号及故障信号(如帧频不稳、不完整帧等)，以验证信号处理系统的鲁棒性。
总体来说，本发明实施例借助采集功能，信号处理算法设计人员可以依据需求和采集到的特定场景的红外图像进行算法(如目标检测、目标跟踪和目标识别算法等)的早期预研验证、性能评估并开展相关技术储备工作；借助红外图像综合分析功能，可以对采集的图像进行数据分析；借助红外图像模拟信号生成和回放功能，可以在早期系统不具备状态的前提下，产生信号处理硬件所需满足系统时序要求的真实场景及临界指标的红外视频信号，方便硬件实现人员进行算法的提前移植验证，从而缩短研发周期，优化研发流程，规避风险，节约成本，使得研发效果可控，同时可以替代热像仪作为图像输入设备，用于系统的联调，减少热像仪的使用次数，节约硬件成本。
具体实施时，本发明实施例的专用红外图像采集分析回放系统硬件由图像采集设备和数据分析回放设备构成，前者包含采集控制主机和数据采集单元，数据分析回放设备由数据分析与回放控制主机和数据回放单元构成。基于实际应用的便利性和工作环境的影响，采集控制主机选用支持多种常见通信总线(如USB3.0、PCI-E，千兆网等)的便携式加固笔记本，数据采集单元可以采用多块板卡的形式，以支持多种硬件输入接口形式；数据采集单元既可以选用市面成熟的货架产品，也可以根据需要基于FPGA进行定制开发；
为了支持红外图像综合分析应用，数据分析与回放控制主机需选用高性能通用主机平台(台式机、工控机、服务器和工作站等)，同时应支持多种常见通信总线(如USB3.0、PCI-E，千兆网等)；数据回放单元可以采用多块板卡的形式，以支持多种硬件输出接口形式；数据回放单元既可以选用市面成熟的货架产品，也可以根据需要基于FPGA进行定制开发。
本发明第二实施例提供了一种红外图像采集分析回放装置，参见图2，该装置包括：
采集模块，用于对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和采集参数信息，并按预设要求进行预览显示；
采集模块为支持常见数字(如Cameralink、HDMI、SDI等)、模拟(如BNC、SMA等)接口输入的图像采集设备，可以为商用产品或定制产品；
分析模块，用于对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
分析模块运行于控制主机，主要进行一些图像统计参数的计算与显示(如直方图、信噪比、信杂比、图像对比度等)；
数据标注模块，用于对采集的预设红外数据进行标注，以进行图像增强显示、图像播放预览以及图像缩放；
模拟信号生成模块，用于对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
回放控制模块，用于对所述红外图像模拟信号生成模块存储的数据按预设的回放条件进行回放。
数据标注模块、模拟信号生成模块和回放控制模块运行于控制主机。
本发明借助采集功能，信号处理算法设计人员可以依据需求和采集到的特定场景的红外图像进行算法(如目标检测、目标跟踪和目标识别算法等)的早期预研验证、性能评估并开展相关技术储备工作；借助红外图像综合分析功能，可以对采集的图像进行数据分析；借助红外图像模拟信号生成和回放功能，可以在早期系统不具备状态的前提下，产生信号处理硬件所需满足系统时序要求的真实场景及临界指标的红外视频信号，方便硬件实现人员进行算法的提前移植验证，从而缩短研发周期，优化研发流程，规避风险，节约成本，使得研发效果可控，同时可以替代热像仪作为图像输入设备，用于系统的联调，减少热像仪的使用次数，节约硬件成本。
本发明实施例的相关部分可参见方法实施例进行理解，在此不做详细赘述。
本发明第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现本发明第一实施例中任一种所述的红外图像采集分析回放方法。本发明实施例的相关部分可参见方法实施例进行理解，在此不做详细赘述。
本发明实施例的相关部分可参见方法实施例进行理解，在此不做详细赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的分布式文件系统数据导入装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种红外图像采集分析回放方法，其特征在于，包括：
对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和环境信息，并按预设要求进行预览显示；
对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
对采集的红外数据经过图像增强显示后，借助图像缩放和播放预览功能，对图像进行标注；
对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
对存储的数据按预设的回放条件进行回放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述预设采集条件包括以下中的一种或多种：预定目标的数据帧、预定角度的视频帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述系统工作参数包括以下中的一种或多种：焦距、F数、波段。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述采集参数信息包括以下中的一种或多种：时间、地点、能见度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述兴趣区域的图像参数包括以下中的一种或多种：最大灰度、最小灰度、均值、直方图、信噪比。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述人工目标为符合临界指标的兴趣目标。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述人工噪声包括以下中的一种或多种：白噪声、高斯噪声、周期信号干扰。
8.一种红外图像采集分析回放装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于对原始红外数据进行实时连续采集，或者按预设采集条件对所述原始红外数据进行采集，同时记录当前的系统工作参数和采集参数信息，并按预设要求进行预览显示；
分析模块，用于对整帧图像或兴趣区域的图像参数按预设分析条件进行分析显示；
数据标注模块，借助图像增强显示、图像缩放和播放预览功能，用于对采集的预设红外数据进行标注；
模拟信号生成模块，用于对预定背景图像叠加人工目标和人工噪声，并将叠加后的数据进行存储；
回放控制模块，用于对所述红外图像模拟信号生成模块存储的数据按预设的回放条件进行回放。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现权利要求1-7中任意一项所述的红外图像采集分析回放方法。
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周俊辰: "基于嵌入式技术的红外视频处理系统研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

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