基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，包括：步驟1：基于場景直方圖統(tǒng)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間的獲?。徊襟E2：場景灰度的預(yù)測算法；步驟3：動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)硬件構(gòu)架。利用場景中目標(biāo)灰度的統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)預(yù)測目標(biāo)灰度的動(dòng)態(tài)范圍，然后把預(yù)測的灰度動(dòng)態(tài)范圍轉(zhuǎn)變成InGaAs短波紅外焦平面工作的偏置電壓值，通過低噪聲、高精度的模擬電路實(shí)現(xiàn)焦平面偏置電壓的調(diào)整，達(dá)到根據(jù)場景自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整的目的。
【專利說明】基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外成像的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法。

【背景技術(shù)】
[0002]InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍表征了短波紅外系統(tǒng)可探測紅外輻射大小的范圍，反映了系統(tǒng)的工作性能。寬動(dòng)態(tài)范圍的系統(tǒng)可以獲得更多有關(guān)目標(biāo)的信息，有利于對目標(biāo)的分析和識別。特別是對于那些用來探測紅外輻射特性變化較大目標(biāo)的短波紅外成像系統(tǒng)，擁有較寬的動(dòng)態(tài)范圍顯得尤為重要。
[0003]因此希望能提高InGaAs短波紅外焦平面成像系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，使系統(tǒng)根據(jù)不同的情況自動(dòng)地調(diào)整其動(dòng)態(tài)范圍，對于紅外焦平面成像系統(tǒng)的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用具有非常重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，包括:
[0006]步驟1:基于場景直方圖統(tǒng)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間的獲取；
[0007]步驟2:場景灰度的預(yù)測算法；
[0008]步驟3:動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)硬件構(gòu)架。
[0009]優(yōu)選地，由于系統(tǒng)要不斷地調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換區(qū)間，因此調(diào)整依據(jù)顯得尤為重要，以獲得場景有效灰度信息為依據(jù)，根據(jù)不同的場景信息選擇對焦平面輸出信號進(jìn)行選擇性增益處理；所述步驟I采用場景直方圖截取的方式，分別在場景直方圖中搜索最大和最小灰度值作為灰度截取位置，以獲得的場景所處的焦平面原始信號的分布區(qū)間，然后利用選擇場景分布區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)調(diào)整處理，最大灰度值和最小灰度值包含的灰度區(qū)間就是場景區(qū)域的灰度分布，表達(dá)式為:
MN^Yhi <SUM*3%
[0010]^gmy =<?

<SUM*3%
(1)
[0011]式中Rgray表示場景灰度范圍，MAXgray為直方圖最大值方向的3%像素截取灰度，MINgray為直方圖最小值方向的3%像素截取灰度，hi為圖像直方圖，采用所述場景直方圖截取的方式有較強(qiáng)的針對性，僅針對目標(biāo)的強(qiáng)度變化考慮對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間選擇，分離了圖像奇異點(diǎn)的影響，又兼顧了背景中的有效信息。具體實(shí)施時(shí)，不需要很高的精度，因而可以減少系統(tǒng)的計(jì)算量，。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟2將獲得的目標(biāo)灰度換算成焦平面輸出電壓，通過輸出電壓范圍調(diào)整焦平面的偏壓，使焦平面的輸出范圍滿足適合目標(biāo)觀察最優(yōu)化的動(dòng)態(tài)范圍。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟2在目標(biāo)灰度提取中結(jié)合了 LMS自適應(yīng)濾波的方法，一是可以預(yù)測場景灰度范圍，讓動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)程度更加精確，二是可以濾掉一些不必要的干擾，有利于對每幀圖像動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)平緩過度，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠，提前知道目標(biāo)灰度的變化趨勢，使動(dòng)態(tài)范圍得到及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，魯棒性更強(qiáng)。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟3采用了一種超低噪聲線性穩(wěn)壓電源配合高精度數(shù)字電位器的硬件架構(gòu)方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，InGaAs短波紅外焦平面輸出的信號經(jīng)過后續(xù)信號處理部分進(jìn)行目標(biāo)分析、灰度提取、濾波預(yù)測得到的調(diào)整參數(shù)值輸入到高精度的數(shù)字電位器轉(zhuǎn)換成需要的電壓值調(diào)整據(jù)焦平面的偏壓，整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)控制電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要在普通的紅外焦平面成像電路中增加兩個(gè)芯片即可可以滿足要求，適合小型化、低功耗設(shè)計(jì)；在得到目標(biāo)灰度特征以后，計(jì)算出目標(biāo)灰度在焦平面輸出信號中的分布，采用超低噪聲運(yùn)放結(jié)合高精度數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)焦平面偏置電壓，輸出到焦平面的Vebasme，從硬件上實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)實(shí)時(shí)成像動(dòng)態(tài)范圍場景自適應(yīng)。
[0015]本發(fā)明從紅外焦平面工作模型出發(fā)，利用場景中目標(biāo)灰度的統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)預(yù)測目標(biāo)灰度的動(dòng)態(tài)范圍，然后把預(yù)測的灰度動(dòng)態(tài)范圍轉(zhuǎn)變成InGaAs短波紅外焦平面工作的偏置電壓值，通過低噪聲、高精度的模擬電路實(shí)現(xiàn)焦平面偏置電壓的調(diào)整，達(dá)到根據(jù)場景自適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0016]圖1是動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)硬件構(gòu)架的示意性視圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0017]為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0019]根據(jù)本發(fā)明一寬泛實(shí)施例的基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，包括:
[0020]步驟1:基于場景直方圖統(tǒng)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間的獲?。?br> [0021]步驟2:場景灰度的預(yù)測算法；
[0022]步驟3:動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)硬件構(gòu)架。
[0023]由于系統(tǒng)要不斷地調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換區(qū)間，因此調(diào)整依據(jù)顯得尤為重要，以獲得場景有效灰度信息為依據(jù)，根據(jù)不同的場景信息選擇對焦平面輸出信號進(jìn)行選擇性增益處理；所述步驟I采用場景直方圖截取的方式，分別在場景直方圖中搜索最大和最小灰度值作為灰度截取位置，以獲得的場景所處的焦平面原始信號的分布區(qū)間，然后利用選擇場景分布區(qū)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)調(diào)整處理,最大灰度值和最小灰度值包含的灰度區(qū)間就是場景區(qū)域的灰度分布，表達(dá)式為:
mnS <sum*3%
[0024]
祖例
M(1)
[0025]式中Rgray表示場景灰度范圍，MAXgray為直方圖最大值方向的3%像素截取灰度，MINgray為直方圖最小值方向的3%像素截取灰度，hi為圖像直方圖，采用所述場景直方圖截取的方式有較強(qiáng)的針對性，僅針對目標(biāo)的強(qiáng)度變化考慮對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間選擇，分離了圖像奇異點(diǎn)的影響，又兼顧了背景中的有效信息。具體實(shí)施時(shí)，不需要很高的精度，因而可以減少系統(tǒng)的計(jì)算量，。
[0026]所述步驟2將獲得的目標(biāo)灰度換算成焦平面輸出電壓，通過輸出電壓范圍調(diào)整焦平面的偏壓，使焦平面的輸出范圍滿足適合目標(biāo)觀察最優(yōu)化的動(dòng)態(tài)范圍。
[0027]所述步驟2在目標(biāo)灰度提取中結(jié)合了 LMS自適應(yīng)濾波的方法，一是可以預(yù)測場景灰度范圍，讓動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)程度更加精確，二是可以濾掉一些不必要的干擾，有利于對每幀圖像動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)平緩過度，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠，提前知道目標(biāo)灰度的變化趨勢，使動(dòng)態(tài)范圍得到及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定，魯棒性更強(qiáng)。
[0028]根據(jù)附圖1，所述步驟3采用了一種超低噪聲線性穩(wěn)壓電源配合高精度數(shù)字電位器的硬件架構(gòu)方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，InGaAs短波紅外焦平面輸出的信號經(jīng)過后續(xù)信號處理部分進(jìn)行目標(biāo)分析、灰度提取、濾波預(yù)測得到的調(diào)整參數(shù)值輸入到高精度的數(shù)字電位器轉(zhuǎn)換成需要的電壓值調(diào)整據(jù)焦平面的偏壓，整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)控制電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要在普通的紅外焦平面成像電路中增加兩個(gè)芯片即可可以滿足要求，適合小型化、低功耗設(shè)計(jì)；在得到目標(biāo)灰度特征以后，計(jì)算出目標(biāo)灰度在焦平面輸出信號中的分布，采用超低噪聲運(yùn)放結(jié)合高精度數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)焦平面偏置電壓，輸出到焦平面的Vebasme，從硬件上實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)實(shí)時(shí)成像動(dòng)態(tài)范圍場景自適應(yīng)。
[0029]最后需要指出的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于場景的InGaAS短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，包括: 步驟1:基于場景直方圖統(tǒng)計(jì)的動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間的獲?。? 步驟2:場景灰度的預(yù)測算法； 步驟3:動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)硬件構(gòu)架。
2.如權(quán)利要求1所述的基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟I采用場景直方圖截取的方式，分別在場景直方圖中搜索最大和最小灰度值作為灰度截取位置，最大灰度值和最小灰度值包含的灰度區(qū)間就是場景區(qū)域的灰度分布，表達(dá)式為:
MNwsy^hl <SUM*3% Rgrc^ =■,=1
厘啊，t/hw <SUM*3%
,=1 (1) 式中Rgray表示場景灰度范圍，MAXgray為直方圖最大值方向的3%像素截取灰度，MINgray為直方圖最小值方向的3%像素截取灰度Ai為圖像直方圖，采用所述場景直方圖截取的方式有較強(qiáng)的針對性，僅針對目標(biāo)的強(qiáng)度變化考慮對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍區(qū)間選擇，分離了圖像奇異點(diǎn)的影響，又兼顧了背景中的有效信息。具體實(shí)施時(shí)，不需要很高的精度，因而可以減少系統(tǒng)的計(jì)算量。
3.如權(quán)利要求1所述的基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟2將獲得的目標(biāo)灰度換算成焦平面輸出電壓，通過輸出電壓范圍調(diào)整焦平面的偏壓，使焦平面的輸出范圍滿足適合目標(biāo)觀察最優(yōu)化的動(dòng)態(tài)范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟2在目標(biāo)灰度提取中結(jié)合了 LMS自適應(yīng)濾波的方法，一是可以預(yù)測場景灰度范圍，讓動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)程度更加精確，二是可以濾掉一些不必要的干擾，有利于對每幀圖像動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)平緩過度，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定可靠。
5.如權(quán)利要求1所述的基于場景的InGaAs短波紅外焦平面成像動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟3采用了一種超低噪聲線性穩(wěn)壓電源配合高精度數(shù)字電位器的硬件架構(gòu)方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，InGaAs短波紅外焦平面輸出的信號經(jīng)過后續(xù)信號處理部分進(jìn)行目標(biāo)分析、灰度提取、濾波預(yù)測得到的調(diào)整參數(shù)值輸入到高精度的數(shù)字電位器轉(zhuǎn)換成需要的電壓值調(diào)整據(jù)焦平面的偏壓，整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍自適應(yīng)控制電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要在普通的紅外焦平面成像電路中增加兩個(gè)芯片即可可以滿足要求，適合小型化、低功耗設(shè)計(jì)。
【文檔編號】G01J5/00GK104280128SQ201410549355
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】周津同 申請人:北京津同利華科技有限公司