CN109729276A - 近红外摄像方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像采集技术领域，本发明提供一种近红外摄像方法、摄像装置、设备及存储介质，近红外摄像方法应用于近红外摄像装置，近红外摄像装置包括近红外摄像模块，近红外摄像方法包括：获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；根据光通量确定近红外摄像模块的曝光时间；根据曝光时间控制近红外摄像模块进行近红外摄像，由于红外摄像装置根据曝光时长和光通量之间建立的映射关系，对于不同的切变场景对应于不同的曝光时长，并具有良好的实时性，减小近红外摄像系统拍摄的视频画面不会出现连续抖动的情况，从而达到实时良好成像。

Description

近红外摄像方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，更具体地，涉及一种近红外摄像方法、摄像装置、设备及存储介质。

背景技术

传统的自动曝光算法以整幅图像的平均亮度为依据，判断平均亮度和所需达到的目标亮度的差值，并按照固定步长调整光圈大小和曝光时间，使得拍摄时的曝光量达到一个合适的值，从而使得图像亮度逼近目标亮度。具体可分为计算法、查表法和迭代法，由于现有图像传感器成像图像的亮度并非和外界光照成线性关系，故而对很多场景不适用或者说不能令人满意。

具体的讲，传统的自动曝光算法主要有计算法、查表法和迭代法。计算法和查表法是工业相机常用的一种方法，场景相对固定，但凡有变动一般需要重新试验测试来确定参数，因而对变化较多较大的场景适用性差。迭代法是最常用的自动曝光控制算法，但是迭代法计算收敛时间较长，包括由迭代法衍生而来的各种变步长或是对分搜索曝光控制算法，虽然在一定程度上可以有限度地缩短自动调节到较优曝光的收敛时间，如图1所示，图1示出收敛时间和曝光时长之间关系的示意图，然而变步长自动曝光算法会带来视频图像明显的画面抖动，如图2所示，示出了时频图像的画面抖动的示意图。一般地，收敛时间三四帧到十几帧至二十帧以上，而对于突变性较大的场合，收敛时间基本大于十几帧，相当于1秒钟左右。根据行车速度计算60km/h车速车辆每秒钟行进约17m，这等于在这段区间内夜视系统处于致盲失效状态。

传统自动曝光的这种缺陷在车载近红外夜视领域尤其突出。夜间行车从黑暗的道路拐弯到有较亮的路灯场景以及会车，尤其是来车突然切到远光，或者关掉远光之后的视频图像过渡所带来的曝光剧烈变化会轻易使自动曝光视频图像出现短暂的黑区、过曝或者画面抖动。黑区、过曝是由于自动曝光收敛时间过长，画面抖动则是由于调节加快收敛带来的图面连续大幅度切变，如变步长自动曝光调整。

因此，亟需一种摄像方法，能够合理的调整曝光时长，减小画面连续抖动。

发明内容

本发明提供一种近红外摄像方法、摄像装置、设备及存储介质，能够合理的调整曝光时长，减小画面连续抖动。

本发明第一方面提供一种近红外摄像方法，所述近红外摄像方法应用于近红外摄像装置，所述近红外摄像装置包括近红外摄像模块，所述近红外摄像方法包括：

获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；

根据所述光通量确定所述近红外摄像模块的曝光时间；

根据所述曝光时间控制所述近红外摄像模块进行近红外摄像。

本发明第二方面提供一种近红外摄像装置，所述近红外摄像装置包括控制模块以及近红外摄像模块，所述控制模块包括：

光通量获取单元，用于获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；

曝光时间获取单元，用于根据所述光通量确定所述摄像系统的曝光时间；

控制单元，用于根据所述曝光时间控制所述近红外摄像模块进行近红外摄像。

本发明第三方面提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明第一方面所述方法的步骤。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述方法的步骤。

本发明提供的一种近红外摄像方法、摄像装置、设备及存储介质，通过辐照度传感器获取外部光源对辐照度传感器的光通量，根据光通量确定近红外摄像模块的曝光时间，根据曝光时长和光通量之间建立的映射关系，对于不同的切变场景对应于不同的曝光时长，并具有良好的实时性，因此，可使得收敛时间达到小于两帧时长。即使在S形弯道连续会车情况下，近红外摄像系统拍摄的视频画面不会出现连续抖动的情况，从而达到实时良好成像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中收敛时间和曝光时长之间关系的示意图；

图2示出了现有技术中时频图像的画面抖动的示意图；

图3示出了本发明提供的一种近红外摄像方法的性流程图；

图4示出了本发明提供的一种近红外摄像方法中的曝光时长和收敛时间的关系的示意图；

图5示出了本发明提供的一种近红外摄像方法的结构示意图；

图6示出了本发明提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本申请实施例为解决现有车载近红外夜视或者其他具有类似场景变化领域中近红外摄像的缺陷，提出一种采用窄波谱辐照度传感器适应场景瞬变的快速调整曝光时长的摄像方法及其摄像装置。

应理解，该摄像装置可以作为车载装置应用于车辆中。

图3示出了本申请一个实施例的方法的示意性流程图。如图3所示，该方法应用于近红外摄像装置，近红外摄像装置包括近红外摄像模块，近红外摄像方法包括：

步骤310，获取外部光源并计算所述外部光源的的光通量；

步骤320，根据光通量确定摄像系统的曝光时间；

步骤330，根据曝光时间控制近红外摄像模块进行近红外摄像。

在步骤310中，外部光源可以为强光源，获取外部光源并计算所述外部光源的光通量，包括：

步骤3101.通过所述辐照度传感器接收外部光源，并通过所述辐照度传感器获取所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离以及外部光源对所述辐照度传感器的张角。

步骤3102.根据所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离、外部光源对所述辐照度传感器的张角以及所述辐照度传感器的直径计算所述外部光源的光通量。

在步骤3102中，辐照度传感器探测到的光通量为Φ(θ)，θ为强光源对辐照度传感器的张角。

具体的，通过辐照度传感器获取外部光源对辐照度传感器的光通量，包括：

根据以下公式计算光通量Φ(θ)：

其中，I(θ)为外部光源的辐强度，d为辐照度传感器直径，D为外部光源到辐照度传感器之间的距离，θ为外部光源对辐照度传感器的张角。

在步骤320中，根据所述光通量确定所述近红外摄像模块的曝光时间，包括：

当检测到所述光通量大于预设阈值时，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，并根据所述映射关系确定所述近红外摄像模块的曝光时间。

具体的，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，包括：建立所述光通量与所述曝光时间之间的反比关系，即曝光时长

在步骤330中，当辐照度传感器探测到大于一定阈值之辐射光时，建立映射关系后，可以经由控制单元调控红外摄像系统的曝光时长。从而实现快速实时调整红外摄像装置的曝光时长的目的。

图4示出本申请一个实施例的曝光时长和收敛时间的关系的示意图。如图4所示，由于红外摄像装置根据曝光时长和光通量之间建立的映射关系，对于不同的切变场景对应于不同的曝光时长，并具有良好的实时性，因此，可使得收敛时间达到小于两帧时长。即使在S形弯道连续会车情况下，近红外摄像系统拍摄的视频画面不会出现连续抖动的情况，从而达到实时良好成像。

可选地，作为本申请一个实施例，近红外光源可以为垂直面腔型半导体可调制激光器或边射型半导体可调谐激光器，近红外光源发出的光波长位于750nm-1200nm之间。

可选地，作为本申请一个实施例，辐照度传感器探测的光波长位于750nm-1200nm之间。

可选地，作为本申请一个实施例，根据光通量Φ(θ)，确定摄像系统的曝光时间包括：根据下式确定曝光时长：

其中，I(θ)为强光源辐照强度，K为转换系数。

具体地，其中，辐照度传感器直径为d，例如d＝3mm，强光源举例辐照度传感器距离D，强光源对本车照度传感器张角θ。

由光通量的定义，易知：

曝光时长

其中，光通量Φ(θ)即为辐照度传感器所探测到的光量值，I(θ)为强光源辐强度。

由式(1)可知，曝光时长与两车夹角呈反比关系。当辐照度传感器探测到大于一定阈值之辐射光时，建立映射关系。即为曝光时长关于接收辐射光的映射关系方程其中K为转换系数，Φ(θ)为辐照度传感器接收到的辐通量的倒数。

由于红外摄像装置根据曝光时长和光通量之间建立的映射关系，对于不同的切变场景对应于不同的曝光时长，并具有良好的实时性，因此，可使得收敛时间达到小于两帧时长。即使在S形弯道连续会车情况下，近红外摄像系统拍摄的视频画面不会出现连续抖动的情况，从而达到实时良好成像。

传统自动曝光方式存在以下缺陷：一是在场景高亮强光与暗景切变时收敛时长过长而导致系统不能良好成像；二是如前述场景切变时，按传统曝光方式加快收敛带来画面连续抖动。为解决现有自动曝光在车载近红外夜视或者其他具有类似场景变化领域的缺陷，本发明提出一种采用窄波谱辐照度传感器来适应场景瞬变快速调整摄像系统曝光时长的方法及其摄像装置。因此能够实现以下有益效果：近红外摄像系统画面从暗景到高亮眩光工况或者从高亮强光到暗景瞬变时能够快速调整曝光时长到合适状态；二是采用针对车载近红外夜视光源的窄波谱辐照度传感器实现适配摄像系统的辐照度侦测，能够快速调整摄像系统曝光从而消除连续画面抖动。

图5示出了本申请一个实施例的装置的示意图，如图5所示，近红外摄像装置40包括控制模块410、辐照度传感器420以及近红外摄像模块430，控制模块410包括：

光通量获取单元411，用于获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；

曝光时间获取单元412，用于根据光通量确定摄像系统的曝光时间；

控制单元413，用于根据曝光时间控制近红外摄像模块进行近红外摄像。

可选地，作为本申请一个实施例，光通量获取单元411具体用于：

通过所述辐照度传感器接收外部光源，并通过所述辐照度传感器获取所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离以及外部光源对所述辐照度传感器的张角；

根据所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离、外部光源对所述辐照度传感器的张角以及所述辐照度传感器的直径计算所述外部光源的光通量。

进一步的，光通量获取单元411通过辐照度传感器获取外部光源对辐照度传感器的光通量，包括：

根据以下公式计算光通量Φ(θ)：

其中，I(θ)为外部光源的辐强度，d为所述辐照度传感器直径，D为外部光源到所述车辐照度传感器之间的距离，θ为所述外部光源对所述辐照度传感器的张角。

曝光时间获取单元412具体用于：

当检测到所述光通量大于预设阈值时，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，并根据所述映射关系确定所述近红外摄像模块的曝光时间.

曝光时间获取单元412根据光通量确定近红外摄像模块的曝光时间，包括：

根据以下公式确定曝光时间

其中，I(θ)为所述强光源辐照强度，K为转换系数。

作为本申请一个实施例，近红外摄像装置40还包括近红外光源440，近红外光440可以为垂直面腔型半导体可调制激光器或边射型半导体可调谐激光器，近红外光源发出的光波长位于750nm-1200nm之间。

可选地，作为本申请一个实施例，辐照度传感器探测的光波长位于750nm-1200nm之间。

可选地，作为本申请一个实施例，辐照度传感器包括窄波滤光片，窄波滤光片用于通过750nm-1200nm之间的光波长。

可选地，作为本申请一个实施例，红外摄像系统包括：窄波谱滤光片、镜头、图像传感器和图像处理电路。

由于红外摄像装置根据曝光时长和光通量之间建立的映射关系，对于不同的切变场景对应于不同的曝光时长，并具有良好的实时性，因此，可使得收敛时间达到小于两帧时长。即使在S形弯道连续会车情况下，近红外摄像系统拍摄的视频画面不会出现连续抖动的情况，从而达到实时良好成像。

传统自动曝光方式存在以下缺陷：一是在场景高亮强光与暗景切变时收敛时长过长而导致系统不能良好成像；二是如前述场景切变时，按传统曝光方式加快收敛带来画面连续抖动。为解决现有自动曝光在车载近红外夜视或者其他具有类似场景变化领域的缺陷，本发明提出一种采用窄波谱辐照度传感器来适应场景瞬变快速调整摄像系统曝光时长的方法及其摄像装置。因此能够实现以下有益效果：近红外摄像系统画面从暗景到高亮眩光工况或者从高亮强光到暗景瞬变时能够快速调整曝光时长到合适状态；二是采用针对车载近红外夜视光源的窄波谱辐照度传感器实现适配摄像系统的辐照度侦测，能够快速调整摄像系统曝光从而消除连续画面抖动。

本发明另一种实施例提供一计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的货币基金系统自动化清算方法，为避免重复，这里不再赘述。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中货币基金系统自动化清算装置中各模块/单元的功能，为避免重复，这里不再赘述。

图6是本实施例中终端设备的示意图。如图6所示，终端设备6包括处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62。处理器60执行计算机程序62时实现上述实施例中的一种近红外摄像方法的各个步骤，例如图1所示的步骤S10、S20、S30和S40。或者，处理器60执行计算机程序62时实现上述实施例中一种近红外摄像装置各模块/单元的功能，如图5所示的光通量获取单元411、曝光时间获取单元412、控制单元413的功能。

示例性的，计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器61中，并由处理器60执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序62在终端设备6中的执行过程。例如，计算机程序62可以被分割成光通量获取单元411、曝光时间获取单元412、控制单元413。

该终端设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是终端设备6的示例，并不构成对终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器61可以是终端设备6的内部存储单元，例如终端设备6的硬盘或内存。存储器61也可以是终端设备6的外部存储设备，例如终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器61还可以既包括终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器61用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种近红外摄像方法，其特征在于，所述近红外摄像方法应用于近红外摄像装置，所述近红外摄像装置包括近红外摄像模块，所述近红外摄像方法包括：

获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；

根据所述光通量确定所述近红外摄像模块的曝光时间；

根据所述曝光时间控制所述近红外摄像模块进行近红外摄像。

2.根据权利要求1所述的近红外摄像方法，其特征在于，近红外摄像装置还包括辐照度传感器，所述获取外部光源并计算所述外部光源的光通量，包括：

通过所述辐照度传感器接收外部光源，并通过所述辐照度传感器获取所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离以及外部光源对所述辐照度传感器的张角；

根据所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离、外部光源对所述辐照度传感器的张角以及所述辐照度传感器的直径计算所述外部光源的光通量。

3.根据权利要求2所述的近红外摄像方法，其特征在于，根据所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离、外部光源对所述辐照度传感器的张角以及所述辐照度传感器的直径计算所述外部光源的光通量，包括：

根据以下公式计算光通量Φ(θ)：

其中，I(θ)为外部光源的辐强度，d为所述辐照度传感器直径，D为外部光源到所述辐照度传感器之间的距离，θ为所述外部光源对所述辐照度传感器的张角。

4.根据权利要求1所述的近红外摄像方法，其特征在于，根据所述光通量确定所述近红外摄像模块的曝光时间，包括：

当检测到所述光通量大于预设阈值时，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，并根据所述映射关系确定所述近红外摄像模块的曝光时间，所述光通量与所述曝光时间之间的反比关系。

5.根据权利要求4所述的近红外摄像方法，其特征在于，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，包括：

根据以下公式确定所述曝光时间

其中，I(θ)为所述强光源辐照强度，K为转换系数。

6.一种近红外摄像装置，其特征在于，所述近红外摄像装置包括控制模块和近红外摄像模块，所述控制模块包括：

光通量获取单元，用于获取外部光源并计算所述外部光源的光通量；

曝光时间获取单元，用于根据所述光通量确定所述摄像系统的曝光时间；

控制单元，用于根据所述曝光时间控制所述近红外摄像模块进行近红外摄像。

7.根据权利要求6所述的近红外摄像装置，其特征在于，所述近红外摄像装置还包括辐照度传感器，所述光通量获取单元具体用于：

通过所述辐照度传感器接收外部光源，并通过所述辐照度传感器获取所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离以及外部光源对所述辐照度传感器的张角；

根据所述外部光源的辐强度、外部光源到所述辐照度传感器之间的距离、外部光源对所述辐照度传感器的张角以及所述辐照度传感器的直径计算所述外部光源的光通量。

8.根据权利要求7所述的近红外摄像装置，其特征在于，所述曝光时间获取单元具体用于：

当检测到所述光通量大于预设阈值时，建立所述光通量与所述曝光时间之间的映射关系，并根据所述映射关系确定所述近红外摄像模块的曝光时间，所述光通量与所述曝光时间之间的反比关系。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。